科学家们开发了一种新型钙钛矿油墨可以大规模生产用于高效太阳能电池的钙钛矿薄膜

2019-10-23 08:34:49

美国能源部(DOE)国家可再生能源实验室(NREL)的科学家开发了一种新型钙钛矿油墨,具有长的加工窗口,可以大规模生产用于高效太阳能电池的钙钛矿薄膜。

钙钛矿太阳能电池被证明在将太阳光转化为电能方面非常高效,但尚未超越实验室。钙钛矿的晶体结构必须在基底上小心地生长,这通常是通过实验室规模的旋涂来完成的,这项技术无法规模化用于大规模生产。使用可扩展的沉积方法制造的最佳器件(适合将来的模块生产)仍然落后于最新的旋涂器件。

NREL科学家如何克服这一障碍在《自然能源》发表的一篇新论文中得到了阐述,钙钛矿油墨具有可扩展的高效太阳能电池的宽加工范围。NREL化学和纳米科学中心的资深科学家Kai Kai是第一作者。合著者是NREL的Yang Mengjin Yang,Zhen Li,Matthew Reese,Obadiah Reid,Dong Hoe Kim,Sebastian Siol,Talysa Klein,Joseph Berry和Michael van Hest,以及托莱多大学的Yanfa Yan。

为了形成钙钛矿薄膜,将化学涂层沉积在基材上并加热以使材料完全结晶。涉及的各个步骤通常彼此重叠,并使过程复杂化。一个极其关键的阶段需要添加一种反溶剂,该反溶剂可萃取前体化学物质,从而产生高质量的晶体。此步骤的窗口将在几秒钟内打开和关闭,由于制作此时间窗口所需的精度,这对制造有害。

NREL研究人员能够将窗口打开长达8分钟。

钙钛矿前体墨水的配方包括含氯的甲基碘化碘化铅铅前体,以及溶剂调整以及反溶剂,可以通过旋涂或刮涂方法将其沉积在基材上。测试了这两种方法,并产生了难以区别的薄膜形态和器件性能。刮刀涂层对制造商更具吸引力,因为它可以轻松扩大规模。

研究人员测试了一种含有过量甲基碘化碘(MAI)的前体墨水,另一种含有添加的氯化甲基铵(MACI)的墨水。事实证明,MACI可以最有效地减少钙钛矿所需的热处理时间,将时间缩短至大约一分钟,而MAI解决方案则为10分钟。时间更短也应使该过程对制造商更具吸引力。

NREL科学家使用叶片涂层的吸收器制成了一个四单元钙钛矿组件,尺寸约为12.6平方厘米。其中,11.1平方厘米有效地将阳光转化为能量,并以13.3%的稳定效率进行了转化。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。