钙钛矿太阳电池的转换效率在短短数年时间内便跃升到22.7%，超过多晶硅逼近单晶硅，且具备成本低廉、工艺简单等优点，成为近年来光伏研究领域的热点。然而目前高效率钙钛矿太阳电池都局限于小面积（0.1 cm2 左右），不利于大规模产业化生产。东芝公司研究人员开发了全新的弯月面涂布技术（利用液体表面张力在液体表面形成弯曲界面的涂布技术），从而制备出703 cm2全球最大面积的钙钛矿电池单元，稳态转换效率达到了11.7%，为钙钛矿电池走出实验室迈向商业化奠定了坚实的技术基础 。研究人员制备了两种钙钛矿油墨（用于涂层的液体），即碘化铅（PbI2）和碘化甲胺（CH3NH3I）油墨，并对两种油墨成分进行精心调控，以实现对涂覆在衬底上的PbI2和CH3NH3I之间的化学反应速率的有效控制，极大地改变了油墨流体干燥动力学，增加了钙钛矿油墨与电荷传输层的粘着性，提供了大面积厚度均一的钙钛矿薄膜的形成条件。首先通过弯月面涂布技术在衬底上涂覆一层厚度均一的PbI2薄膜，随后在PbI2薄膜涂覆CH3NH3I，得益于油墨反应速率、涂布过程中工艺优化以及钙钛矿结晶生长条件控制，成功地实现了703 cm2超大面积、薄膜厚度均一高度致密以及高结晶质量的钙钛矿薄膜制备。随后用于组装完整的钙钛矿电池并置于一个标准太阳光辐照下进行电化学性能测试，结果显示电池获得了11.7%的稳态光电转换效率，并通过了国际权威机构认证，这是迄今为止全球单元模块面积最大且效率最高的钙钛矿电池。下一步将致力于更大的900 cm2尺寸薄膜制备工艺研究，同时通过对钙钛矿层材料的改良，进一步提升效率和稳定性，尽快实现该电池技术的商业化，最终在2030年实现7日元/千瓦时的光伏发电成本目标。该项研究通过对涂布技术的改进和钙钛矿油墨成分的精心调控，从而实现了成本低、高效率大面积钙钛矿太阳电池的制备，有助于推动低成本钙钛矿太阳电池的研究和未来大规模产业化的进程。
图1 全球最大面积钙钛矿电池
