三年冷板凳，清华易陈谊团队刷新世界记录！

三年冷板凳，刷新世界记录

清华易陈谊团队长期专注于真空蒸镀钙钛矿太阳能电池工艺的开发，因为蒸镀不像旋涂那么快速迭代，所以易老师回国后坐了至少三年冷板凳，他咬定青山不放松，即使引用次数下滑好几年，也不做短频快的溶液法钙钛矿。

2020年苹果手机用上了OLED屏幕，OLED蒸镀法的成功应用，证明了蒸镀法在半导体产业的巨大应用前景。OLED从1987的发明，到2020年的巨大市场，说明一个产品的迭代是漫长的。

如下图，易老师的引用次数即将迎来‘微笑曲线’，引用即将爆发。而且，他走出了自己的道路，并一举突破世界记录。

图1. 易老师的引用次数

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池具有光电转化效率高、成本低廉等优点，受到学术界和产业界的重视。然而现阶段高效率钙钛矿电池多数是通过溶液法制备，基于前驱体溶液化学性质的复杂性，溶液法在可重复性和大面积制备方面都难以满足商业大规模生产的要求，且存在有机溶剂污染环境的问题，难以和工业化生产兼容。相比之下，真空蒸镀工艺有效避免了有机溶剂的使用，且可以实现大面积均匀沉积薄膜，具有良好的稳定性和可重复性，被认为是一种可以规模化生产的工艺。然而，迄今为止，通过真空蒸镀工艺制备的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率仍显著落后于溶液旋涂法。

图2. 蒸镀法钙钛矿

近日，清华大学易陈谊团队通过开发一种新的空穴传输材料，并结合真空蒸镀钙钛矿薄膜实现了26.41%（认证26.21%）的钙钛矿太阳能电池世界最高效率记录，这同时也是真空蒸镀钙钛矿电池效率首次超过传统溶液法，展示了该方法在未来钙钛矿商业化生产中的巨大发展潜力。该成果以“Highly efficient and stable perovskite solar cells via a multifunctional hole transporting material” 为题发表于国际学术期刊《焦耳》(Joule)。本论文共同第一作者是清华大学电机系博士生周俊杰、谭理国、刘越和李航；通讯作者是易陈谊；合作者包括清华大学化学系华瑞茂、瑞士苏黎世应用科技大学Wolfgang Tress、意大利费拉拉大学Simone Meloni等。

2023年是单节钙钛矿光伏器件效率再次得到重大突破的一年。当钙钛矿电池的世界最高效率在25%附近停留了近三年之久后，其效率再次迎来突破，于2023年4月首次突破至26%。随后国内外多个科研团队开始纷纷发力，力争取得单节钙钛矿光伏器件的世界最高效率记录。同年6月，中科大徐集贤教授团队成功将单节效率再次提高到26.1%，成功取得榜首。但仅隔2月，该效率又被加拿大多伦多大学的Sargent团队以26.14%的效率反超。这也是目前Best Research-Cell Efficiency Chart (NREL)上所记录的单节钙钛矿光伏器件的最高效率。如今时隔半年之久，该效率再次被清华大学易陈谊团队刷新！

迎来科研和产业爆发期

易陈谊教授目前是清华大学电机系特别研究员、副教授、博士生导师，入选国家海外高层次青年人才项目。曾师从染料敏化太阳能电池之父Michael Graetzel教授，取得染料敏化太阳能电池和钙钛矿电池的世界最高效率，其团队目前的研究方向是开发大规模制备钙钛矿薄膜的新工艺。值得注意的是，易陈谊教授还担任了无限光能技术有限公司的联合创始人兼首席科学家，其实验室的科研成果也由无限光能所承接。目前该公司已建成10MW级钙钛矿太阳能电池组件试验线，规划的100MW级大尺寸钙钛矿太阳能电池中试生产线将于2024年建成，届时将实现钙钛矿太阳能电池的商业化量产。

成果简介

1. AM：蒸镀法和溶液结合实现24%效率@1cm²大面积钙钛矿电池

真空蒸镀技术具有良好的可重复性，可以制备均匀大面积钙钛矿薄膜，是未来钙钛矿规模化生产最有潜力的工艺。但有机卤化铵的高蒸汽压使得蒸镀沉积钙钛矿的过程难以控制，是目前难以解决的问题之一。

清华大学易陈谊团队创新性的开发了一种真空顺序蒸镀工艺，将真空蒸镀法和溶液旋涂法的优势相结合。先使用真空蒸镀沉积制备大面积均匀的碘化铅模板，在使用卤化胺溶液和碘化铅反应转化，实现高度可重复地制备大面积均匀的钙钛矿薄膜。通过该方法制备的钙钛矿太阳能电池表现出优异的光电性能和良好的可拓展性，在小面积(0.10 cm²)和大面积（1 cm²）上的功率转换效率分别达到了为24.3%（认证效率23.9%）和24.0%（认证效率 23.7%），并实现了当时大面积（1 cm²）钙钛矿电池的效率新纪录。同时，器件还表现出良好的稳定性，在一个太阳光下运行1000小时后保持其初始效率的90%。在大面积（1cm²）上效率为24.0%，实现了大面积（1cm²）钙钛矿电池的效率新纪录。同时，器件在一个太阳光下运行1000小时后仍保持其初始效率的90%，表现出良好的稳定性。该方法可以制备大面积高效率钙钛矿太阳能电池，并且具备优异的可重复性，为钙钛矿太阳能电池的大规模应用提供了一条有前景的途径。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202205027

2. Joule：蒸镀法制备效率超过24%的无甲胺Cs_xFA_1-xPbX₃钙钛矿太阳能电池

无甲胺的铯-甲脒钙钛矿具有更理想的带隙的稳定性，是未来发展光伏最理想的材料之一。然而目前铯-甲脒钙钛矿的结晶过程和薄膜形貌难以控制，进而导致铯-甲脒体系钙钛矿太阳能电池的光电转换效率明显落后于含有甲胺的体系。

清华大学易陈谊团队通过引入真空热蒸发镀膜制备碘甲脒（FAI）与传统的溶液制备卤化铅前驱体相结合，制备出了高稳定性和高效率的太阳能电池，突破了当时无甲胺铯-甲脒铅卤钙钛矿（铯甲脒钙钛矿）太阳能电池效率的最高记录。与传统溶液法相比，真空热蒸发工艺能够制备出厚度可控且均匀性更好的碘甲脒（FAI）薄膜，从而促进后续的FAI与卤化铅之间的化学转化反应。基于该方法制备的小面积0.1cm²和大面积1cm²的太阳能电池分别取得了24.1%（认证效率23.9%）和22.8%的光电转换效率。未封装的蒸镀太阳能电池在干燥空气中放置20000小时之后仍保持了95%的初始光电转换效率。

更重要的是，这种引入真空热蒸发制备铯-甲脒钙钛矿的工艺对生产环境的容忍度很高，在50%相对湿度的夏天仍然能够制备出性能优良的器件，且具有良好的可重复性，非常适用于工业化生产。这项工作展示了真空热蒸发镀膜工艺在制备高度均匀钙钛矿薄膜方面的优越性和产业化应用的可行性。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435122001933

3、Science Advances:真空顺序蒸镀法制备超过24%效率的钙钛矿太阳能电池

真空蒸发技术可以将前驱体均匀的沉积在基地上，并可以精确控制薄膜厚度，这与可扩张的制造兼容。此外与共蒸发法相比，逐层顺序沉积法还避免了卤化铅和有机铵盐在不同真空室中分别蒸发的交叉污染风险。

在此基础上，清华大学易陈谊团队提出了一种氯元素合金化的真空顺序沉积蒸镀工艺，用于制备高效率大面积钙钛矿太阳能电池。该工艺先通过蒸发碘化铯(CsI)，碘化铅(PbI₂)和氯化铅(PbCl₂)，以生成一种复合前驱体膜，然后再在该复合前驱体薄膜上进一步精确沉积甲脒氢碘酸盐(FAI)。Cl合金介导的真空沉积法可制备结晶度高、均匀性好的钙钛矿薄膜。在前驱体膜中加入一定量的氯，形成的PbI₂-alloy膜表现出更强的择优取向程度和更高的结晶度。同时，加入碘化铅晶格中的氯加速了铵盐的扩散，促进了钙钛矿的结晶。基于氯代合金介导的真空蒸镀工艺制备的钙钛矿太阳能电池表现出了优异的光电性能，在AM 1.5G标准光照下取得了最高24.42%的光电转换效率，刷新了当时真空蒸镀法制备钙钛矿太阳能电池的效率纪录，在1cm²和14.4 cm²的大面积器件上分别实现了23.44%和19.87%的光电转化效率。该研究结果展示了真空蒸镀工艺在制备大面积高效率钙钛矿太阳能电池的优越性和产业化应用的可行性，加速了公司产业化进程。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo7422

4、Advanced Functional Materials：高效钙钛矿太阳能电池可再生蒸发的熔盐策略

真空蒸发对可扩展的钙钛矿太阳能电池的制造很有前景。然而，金属卤化物粉末的导热性差，导致了不利的温度不均匀性，破坏了蒸发速率的稳定性，对钙钛矿薄膜的可重复沉积构成了重大挑战。

清华大学易陈谊报道了一种熔融盐顺序蒸发策略，可用于重复性地制造具有良好稳定性的高效FA基钙钛矿太阳能电池。该方法通过按一定比例混合金属卤化物，可以在远低于金属卤化物熔点的温度下形成熔盐。与传统的多源共蒸发方法相比，熔融盐策略可以大大简化蒸发过程。与固态卤化铅粉末相比，液相熔融盐可以极大地均匀温度，其蒸发速率可以在整个蒸发周期中保持稳定，极大地提高了蒸发的批次间稳定性。熔融盐蒸发的钙钛矿电池表现出更高的结晶度和均匀性，制备的电池实现了23.95%（0.1cm²）和23.30%（1cm²）的光电转化效率。该工艺显著提升了真空气相沉积法制备钙钛矿太阳能电池的重复性和可应用的钙钛矿材料范围。对于钙钛矿的进一步商业化来说，它不仅极大的提高了生产良率，同时大大降低气象沉积工艺控制难度、提升了生产效率、降低了设备投资成本。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202211232

原创文章，作者：Jenny（小琦），如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2024/03/28/dfbe2f1ca9/

三年冷板凳，清华易陈谊团队刷新世界记录！

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