Ossila狭缝涂布机＆紫外臭氧清洗机助力科研-无铅锡钙钛矿太阳能电池

一、为何选择锡替代铅？

传统铅基钙钛矿（如（fapbi₃）的效率已突破30％，但其毒性问题引发环境担忧。锡与铅同属iv族元素，电子特性相似，且毒性更低。此外，锡钙钛矿的理论极限效率（，33％）（）甚至略高于铅基材料。然而，锡的超快结晶特性导致薄膜易出现孔洞、晶粒不均等问题

二、实验方法：氮气脉冲+添加剂「双管齐下」

1. 关键策略

** ** - 调控」结晶法**：：

• 触发：用氮气脉冲瞬间加速溶剂蒸发，诱导成核。，诱导成核。

• 调控：通过添加剂（如masncl₃），改变溶液化学环境，延缓晶核生长速度，形成致密大晶粒。，形成致密大晶粒。

2。实验步骤

太阳能电池制造

PSC选择了倒置结构：玻璃/ito/pedot：PSS/Fasni 3/C 60/BCP/AG。

40°c 的超声波热浴中洗涤图案化的含氧化锡（ 的超声波热浴中洗涤图案化的含氧化锡（ 的超声波热浴中洗涤图案化的含氧化锡（，然后使用以下步骤：15分钟，液体洗涤剂溶于去离子水中（2 v/v（v/v）；用去离子水冲洗并超声5 分钟；用丙酮冲洗，然后超声，然后超声15分钟；用乙醇冲洗，然后超声处理15分钟。，15分钟。

对于狭缝涂布涂层，使用uv ossila），并在环境条件下沉积水。沉积保持不变。将薄膜在，120°c退火20分钟。将底物移入杂物箱后，ossila（ossila），该阶段保持在，40°C。移动速度设置为5mm s -1 s -1 s -1 ；分配率设置为1μls-1μls-1μls-1。涂层后

对于所有钙钛矿沉积实验，用5 bar n 2气体在杂物箱中的5bar n 2气体中施加了气吹气。

使用热真空（ <10 -6 bar）的热蒸发室沉积eTl和银电极。三层和银电极。三层c 60，bcp和ag的厚度分别为75、7和150 nm。

对于大面积（（50×50毫米）设备的狭缝涂布涂层

Ossila紫外臭氧清洗机

Ossila狭缝涂布机

三、创新亮点：如何「驯服」锡的狂野结晶？

1。氮气脉冲：精准触发成核

（传统铅钙钛矿常用反溶剂（如甲苯）触发结晶，但锡的反应速度过快，反溶剂法难以控制。本研究改用氮气脉冲

（ 1）（a），结晶理论的表示（前体浓度与时间），显示了结晶的四个基本阶段：稳定，亚稳态，成核爆发和生长； b）通过三种不同的结晶模式形成的钙钛矿膜的谷物形态的图形表示：快速溶剂蒸发：快速溶剂蒸发

2。添加剂调控：masncl₃的魔法

团队测试了多种添加剂，Masncl₃）（Masncl₃）：：

• sn²⁺富集：补偿锡空位缺陷，抑制sn²⁺氧化。

• cl⁻导向生长：cl⁻在结晶时被排至晶界，优化能级排列，提升电荷收集效率。，提升电荷收集效率。

• ma⁺缓释效应：ma⁺与溶剂形成中间相，延缓结晶速度，避免过快成核。，避免过快成核。

通过原位pl 光谱（图2a（2a），可清晰看到，masncl₃使结晶动力学趋于平缓，pl 量子产率（ plqy（Plqy），器件效率达，5.38％。

图2（a）用FASI-SNCL2，FASI-MACL，FASI-MASNCL3和FASI-SNF2印刷的插槽涂层膜上的原位测量（蓝色为零的基线和红色的轮廓图）。为了更好地比较，将每个测量的强度标准化为在整个实验过程中检测到的Z大PL强度。对于FASI-MACL，未观察到信号演化。相应的原位（b）PL峰强度和（c）峰位置随时间的变化而变化；由于缺乏信号，将FASI-MACL排除在外。热退火后的结果包括以下内容：（d）稳态PL光谱和（E）X射线衍射。

四、实验结果：从实验室到工业化的跨越

1。效率突破

• 小面积（（0.1cm²）：5.38％（目前锡钙钛矿涂布法Z高值）。

• 大面积（（5cm²）：2.31％（受限于测试接触电阻，优化后潜力更大）。）

2。室内光伏潜力

在led 模拟室内光（ 0.03太阳）下，器件效率仍保持，5.4％，证明其在低光环境（如物联网设备供电）的应用前景。

图3比较FASNI3设备的性能，并用研究的四种添加剂，SNCL2，MACL，MASNCL3，SNF2进行了比较。 （a）合资扫描； （b）每个样品的光强度依赖性光致发光量子产率（完整设备堆栈）； （c）每个样品的JV性能分布（用于正向的F和R的反向扫描）。

LED的图4（a）频谱用于测试室内PV性能，以及（b）在不同的MOL％浓度MASNCL3的FASI下，相应的PCE在不同的光强度下。

五、未来展望：无铅钙钛矿的工业化之路

（通过狭缝涂布+氮气触发可实现锡钙钛矿的量产化制备。下一步需优化传输层匹配（如能级调整）（0.49 v），（coll到卷）生产线。随着毒性问题的解决，无铅钙钛矿或将成为下一代柔性、轻质光伏组件的核心材料。，无铅钙钛矿或将成为下一代柔性、轻质光伏组件的核心材料。，无铅钙钛矿或将成为下一代柔性、轻质光伏组件的核心材料。

参考文献：
li，X。等。可持续能源燃料 2025，doi：10.1039/d4se01321b