激光退火技术具有精确可控、灵活高效的特点,在光伏器件制备中具有重要应用潜力。本文悉尼大学Jueming Bing、Md Arafat Mahmud和Anita W. Y. Ho-Baillie等人首次报道了基于PM6:Y6体系的钙钛矿叠层太阳能电池及有机光伏(OPV)电池的全环境激光退火制备。
研究中所有退火步骤——包括混合自组装单分子层空穴传输层、1.78 eV宽带隙钙钛矿层以及PM6:Y6 OPV吸收层——均采用CO₂激光在环境气氛中完成。优化的1.78 eV钙钛矿器件获得了1.34 V的高开路电压和20.2%的效率,并显著抑制了相分离。首次实现的环境激光退火PM6:Y6 OPV电池效率达16.8%,为目前报道的激光退火OPV电池中的最高值。研究发现,激光退火制备的PM6:Y6薄膜比传统热板退火薄膜更平整,从而改善了PM6:Y6/C₆₀界面质量。最终,首个全激光退火钙钛矿-OPV叠层器件实现了14.3 mA·cm⁻²的短路电流密度、2.10 V的开路电压、79.6%的填充因子和24.0%的效率,与当前最先进的钙钛矿-OPV叠层性能相当。激光退火叠层器件还表现出优于传统热板退火器件的热稳定性。
该研究展示了激光退火在叠层太阳能电池量产中具有的高时间效率与广阔应用前景。
首次实现全激光退火钙钛矿-OPV叠层器件:所有功能层(空穴传输层、钙钛矿层、OPV层)均在环境气氛中通过CO₂激光退火完成,避免了传统手套箱退火的限制,为规模化制备提供新路径。
激光退火抑制宽带隙钙钛矿相分离:得益于激光退火高达10⁵ °C·s⁻¹的急速升降温速率,1.78 eV钙钛矿薄膜的光诱导相分离显著抑制,器件开路电压提升至1.34 V,效率达20.2%。
激光抛光优化OPV界面质量:激光退火使PM6:Y6薄膜表面粗糙度降低至0.9 nm(热板退火为2.1 nm),从而改善PM6:Y6/C₆₀界面接触,OPV电池效率创激光退火体系纪录(16.8%),叠层效率达24.0%。
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