城大联合团队发明一步到位溶液涂层法 助推进钙钛矿太阳能电池的制造和商品化

钙钛矿太阳能电池因为高效率和低生产成本，一直被视为具潜质可发展成新一代光伏技术，能彻底革新可再生能源产业。然而，现有的“逐层”制造工序带来生产成本偏高等挑战，阻碍了这项太阳能技术的商品化。最近，香港城市大学（城大）和美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员便联手开发了一种创新、一步到位的溶液涂层工序，能大幅简化钙钛矿太阳能电池的生产流程，从而减少把它商品化的障碍。

“这次研究的突破，在于无需牺牲器件的功率转换效率，仍可减少制造器件所需的加工步骤。故新技术将这有利于降低生产流程的复杂性及制造成本，从而提高把钙钛矿太阳能电池以具成本效益方法进行生产的可能性。”参与领导这次科研项目的城大化学系助理教授朱宗龙博士解释道。

他续称：“我们开发了一种崭新的工序解决了制造的问题，我们仅须进行一个步骤的的涂层工序，即可一步到位，同时形成钙钛矿层及空穴选择层，从而获得了极佳的24.5%的太阳能转换效率，并为倒装式钙钛矿太阳能电池带来了特佳的稳定性。这有助于令这太阳能电池新技术向商品化向前迈进一步。”

一般来说，钙钛矿太阳能电池是使用“逐层”的工序制造，这制作工序涉及把太阳能电池的不同夹层，依次逐层沉积在彼此的上方。虽然这种制造方法在生产高性能的钙钛矿太阳能电池方面取得了成功，但它引起的问题，例如制造成本的增加、均匀性不足、可重复性不理想等，则可能会阻碍其商品业化。

为了提高制造钙钛矿太阳能电池的成本效益，朱宗龙博士与美国国家可再生能源实验室（NREL）的Joseph M. Luther博士合作，联手开发出一种制造高效倒装式钙钛矿太阳能电池的崭新方法。该新方法提供了“一步解决方案”，可以在单一个溶液涂层工序中，同时自发形成“空穴选择层”和钙钛矿吸光层。

研究团队发现，如果在钙钛矿前驱体溶液中加入特定的磷酸或羧酸，在钙钛矿薄膜的加工过程中，该溶液会在铟锡氧化物基板上“自我组装”，形成一层坚固的“自组装单层薄膜”（self-assembled monolayer，SAM），当钙钛矿结晶化时，该薄膜更会成为极优秀的空穴选择层。这单一步骤的溶液涂层工序不仅解决了润湿性问题，它并可通过同时形成了空穴选择层和钙钛矿光吸收器，简化了器件的制造流程，而毋须如传统造法般用逐层沉积的方式去制作。

团队的实验结果显示，以上述崭新方法制造的钙钛矿太阳能电池，呈现出高达24.5%的能量转换效率。即使以最大功率连续照明及运行1200小时之后，仍能保持其最初能量转换效率的90%以上。这优秀的能量转换效率，能够与商业市场上的同类钙钛矿太阳能电池媲美。

此外，联合科研团队亦证明了新开发的制作工序，与不同的自组装单层分子系统、钙钛矿、溶剂和可扩展的加工方法（如旋涂和刀片刮涂技术）均兼容，所制造出来的钙钛矿太阳能电池的性能及表现，亦与以其他方法制造的同类电池相当。

朱博士说：“通过引入这种创新的方法，我们希望透过提出一种更直接的方法去制造高性能钙钛矿太阳能电池，为钙钛矿的研究社群作出贡献，并盼可借此加速钙钛矿太阳能电池的商品化，让这科技更快得以投入市场。”