自动设备加速平台精准操控工艺参数，常温常压下实现超23%

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太阳能电池是实现可持续发展的重要途径， 但传统的硅基太阳能电池在效率提升方面面临挑战，难以充分利用全部光谱。 近年来，钙钛矿太阳能电池因其高效率、低成本和制备工艺简单等优点，备受关注。 但是， 钙钛矿材料的稳定性问题以及复杂的环境因素， 一直是阻碍其大规模应用的关键问题。

为了突破这些限制， 科研人员不断探索新的方法， 以提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。 然而，传统的制备方法通常依赖人工操作， 无法精确控制所有关键参数，导致重复性差、效率不稳定。 近期，德国埃尔朗根-纽伦堡大学材料科学系 Christoph J. Brabec 教授团队在Energy & Environmental Science 杂志发表了一篇突破性研究成果， 他们使用全新的 “自动设备加速平台" (DAP)， 精确地操控了钙钛矿太阳能电池制备的关键参数， 并在常温常压的环境下成功地将电池效率提升至23% 以上。

【自动设备加速平台： 为钙钛矿太阳能电池制备注入“精准"与“高效"的力量】

自动设备加速平台 (DAP) 在钙钛矿太阳能电池研究中的应用带来了多重优势：

l  提高效率: 自动化设备能够加快实验和数据收集的速度，使研究人员能够在更短时间内完成更多实验。

l  提高精度和一致性: 自动化系统减少了人为操作误差，保证了实验条件的一致性，从而提高了实验结果的可靠性和重复性。

l  节约成本: 通过自动化设备，可以减少人力成本和材料浪费，从而降低研究费用。

l  加速材料筛选和优化: 自动化平台能够快速筛选和优化钙钛矿材料的组合，从而加速新型高效太阳能电池材料的开发。

l  数据处理和分析: 自动化设备可以集成高级的数据处理和分析工具，实时分析实验结果，提供有价值的反馈，帮助研究人员迅速调整实验参数。

l  推动创新: 自动化平台可以进行大规模高通量实验，为钙钛矿太阳能电池的创新和新技术的突破提供了可能性。

【突破传统效率， 在常温常压下取得突破性成果】

该团队的核心突破在于使用了全新的自动设备加速平台（DAP）。 该平台可以同时控制多种工艺参数， 实现对钙钛矿薄膜制备过程的精准操控， 从而避免人工操作带来的误差， 保证实验的可重复性。 他们使用 DAP 系统对制备钙钛矿太阳能电池的十余个关键工艺参数进行优化， 重点分析了有机铵卤化物滴加速度对钙钛矿薄膜和电池性能的影响。

该研究表明，有机铵卤化物的滴加速度对钙钛矿薄膜的 PbI2 残留量以及器件的最终效率都具有显着的影响。 滴加速度过快或过慢，都可能导致电池性能不理想。 通过研究团队对关键参数的精细调整， 最终发现最佳的滴加速度（例如50 µL s?1）可以有效地提升电池性能。

利用 DAP 平台， 结合科学的实验设计， 最终成功优化了钙钛矿太阳能电池在常温常压条件下的制备工艺。 这一突破使得他们能够建立一套无添加剂的标准操作程序 (SOP)， 能够在环境温度下稳定制备高效率 (超过 23%)、 高可重复性且具有光热稳定钙钛矿电池。

为了对钙钛矿太阳能电池的量子效率进行精确的测量， 该团队还使用了光焱科技的 QE-R PV/太阳能电池量子效率光学仪。 QE-R 设备能够在不同的波长下测量电池的外量子效率（EQE）， 精确地分析钙钛矿材料的光电转换特性。

【开创新的太阳能技术： 前景无限】

该团队的研究成果强调了深入理解工艺参数之间的因果关系对提升钙钛矿太阳能电池性能的重要性。 此外，他们的研究突显了自动化平台在探索创新制备流程和加速高性能钙钛矿太阳能电池技术开发中的关键作用。

Brabec 教授团队， 通过对钙钛矿太阳能电池制备过程的精准操控， 实现了突破性的效率提升， 为钙钛矿太阳能技术的发展指明了新的方向。 这将促进更稳定的高效太阳能电池走向市场化， 帮助实现清洁能源的广泛应用， 为人类的可持续发展做出更大的贡献。

该团队通过利用自动设备加速平台（DAP）系统， 精确操控钙钛矿太阳能电池的制备工艺， 并在常温常压条件下， 获得了超过 23% 的电池效率， 实现了突破性的进步。 DAP 能够有效地提升科研效率， 帮助科学家更快速地探索新材料和工艺， 并加快钙钛矿太阳能电池的开发和应用。

重要技术参数：

l   钙钛矿太阳能电池效率: > 23%

l   关键技术: 自动设备加速平台 (DAP)

l   关键设备: 光焱科技的 QE-R 光伏 / 太阳能电池量子效率光学仪

埃尔朗根-纽伦堡大学_ Christoph J. Brabec教授

Christoph J. Brabec 教授是埃尔朗根-纽伦堡大学 i-MEET (Materials for Electronics and Energy Technology) 研究所所长。 他是世界上著名的材料科学家和纳米技术专家， 专注于有机光电材料、太阳能电池、传感器以及生物电子学领域的研究。发表了500多篇科研论文， 被引用次数超过70000次， 荣获多个重要奖项。

参考文献

Precise control of process parameters for >23% efficiency perovskite solar cells in ambient air using an automated device acceleration platform _ Energy & Environmental Science2024,_ DOI: 10.1039/D4EE01432D

【本研究参数图】

Fig 1.  自动制备流程和钙钛矿器件的统计性能示意图。 (A) 采用两步式循序沉积法自动制备钙钛矿薄膜的示意图。 (B) PSCs 的结构 (ITO/SnO2/钙钛矿/Spiro-OMeTAD/Au)。 (C) 使用不同滴管高度（滴入 FAI/MACl 溶液时）制备的钙钛矿器件的性能统计数据汇总。 滴管高度分别为 0.5、1、2、4、6、10、15 和 30 mm。 (D) 钙钛矿器件的统计性能与卤化铵滴速的函数关系。 滴速分别为 5、10、20、50、100、200、400 和 500 µL s?1。显示器件结构、受控的制程参数以及所得到的器件性能变化，这些变化是参数的函数。 此图有助于说明研究人员如何微调制备过程以获得最佳结果。

Fig 2.  钙钛矿薄膜的结构表征和分析。 (A) 俯视 SEM 图像（比例尺为 1 µm），(B) XRD 图样以及聚焦在 12.7° 附近的放大图 (对应于 PbI2 相)，以及 (C) 使用不同有机卤化铵溶液滴速制备的钙钛矿薄膜的钙钛矿相峰 (在 14°) 的衍射强度。 (D) 不同滴速对钙钛矿薄膜的形貌和结晶的影响示意图。所制备的钙钛矿薄膜的结构分析，重点关注其形貌、晶体结构以及这些方面如何受到不同滴速的影响。

Fig 4. 优化器件的表征。 (A) 器件的 J-V 曲线。 插入文字提供了性能信息。 旋转速度组合为 1300 rpm × 1750 rpm，滴速为 50 µL s?1。 (B) 优化器件的 EQE 光谱和积分 Jsc。 (C) 使用优化参数制备的器件的 J-V 曲线和 PCE 分布直方图 (28 个电池)。 (D) 未封装器件在模拟 AM 1.5G 照明下，在周围空气中进行约 300 秒的 MPP 跟踪，并连续通入氮气。 数据是在 Jmpp 下收集的，并使用 0.908 V 的恒定电压 (Vmpp)。 (E) 长期稳定性测试的结果。 样品在充氮腔室内，在 60–65 °C 下进行测试，并使用连续的金属卤化物灯照明 (83 mW cm?2)，方向相反。描绘了优化器件的性能特性。 这包括 J-V 曲线、EQE、PCE 分布和稳定性测试。 此图显示了优化制程在创造高性能器件方面的成功。

Fig S16. 使用不同滴速制备的薄膜的 PL 光谱。 滴速分别为 5 到 500 µL/s。 在每部电影上都测量了具有规律图案的 13 个点。不同滴速对钙钛矿薄膜的影响，可能说明了受控滴速如何影响薄膜的光学特性。

Fig.S21. 具有和没有 PEAI 钝化层的钙钛矿器件的 J-V 曲线。比较了具有和没有钝化层的器件的性能，展示了钝化策略在提高器件性能方面的有效性。

推荐设备

QE-R_光伏 / 太阳能电池量子效率测量解决方案

具有以下特色优势：

l   高精度: QE-R 系统采用高精度光谱仪和校准光源，确保 EQE 测量的准确性和可靠性。

l   宽光谱范围:QE-R 系统的光谱范围覆盖紫外到近红外区域，适用于各种光伏材料和器件的 EQE 测量。

l   快速测量:QE-R 系统具有快速扫描和数据采集功能，能够高效地进行 EQE 光谱测量。

l   易于操作:QE-R 系统软件界面友好，操作简单方便，即使是初学者也能轻松上手。

l   多功能:QE-R 系统不仅可以进行 EQE 测量，还可以进行反射率、透射率等光学特性的测量，具有多功能性。

文献参考自 Energy & Environmental Science2024,_ DOI: 10.1039/D4EE01432D

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