太阳能电池的新钙钛矿制造方法为大规模生产铺平了道路

时间：2021-06-07 16:09:29 来源：

一种用于制造稳定钙钛矿太阳能电池的新的、更简单的解决方案克服了这种有前途的可再生能源技术大规模生产和商业化的关键瓶颈，该技术十多年来一直遥不可及。

“我们的工作为在不久的将来低成本、高通量的大规模太阳能模块商业化生产铺平了道路，”洛斯阿拉莫斯国家实验室集成纳米技术中心研究员聂万一说。该论文的通讯作者今天发表在焦耳杂志上。“我们能够通过两个微型模块展示该方法，这些模块达到了将阳光转化为电能的领先水平，并大大延长了使用寿命。由于该过程简便且成本低，我们相信它可以轻松适应工业环境中的可扩展制造.”

该团队发明了一种使用环丁砜(一种液体溶剂)的一步式旋涂方法。洛斯阿拉莫斯与国立台湾大学 (NTU) 的研究人员合作，新工艺使该团队能够生产高产量、大面积的光伏设备，这些设备可高效地利用阳光发电。这些钙钛矿太阳能电池还具有很长的使用寿命。

“我们对这一成就感到兴奋，”南洋理工大学研究小组的首席研究员、通讯作者之一的 Leeyih Wang 教授说，“这是一条新的合成路线，广泛适用于丰富的钙钛矿材料家族。”南大研究生、这篇论文的第一作者 Hsin-Hsiang Huang 说：“我们已经实施了新的化学方法，将其推向与技术相关的示范。”

几十年来，钙钛矿光伏被视为市场上熟悉的硅基光伏的可行竞争对手，在过去十年中一直是备受期待的新兴技术。由于缺乏解决该领域巨大挑战的解决方案，商业化受到阻碍：将高效钙钛矿太阳能电池模块的生产从台式扩大到工厂车间。

该研究论文展示了一种新的制造途径，即在钙钛矿前体或通过化学反应产生钙钛矿晶体的液体材料中引入环丁砜作为添加剂。与其他制造方法一样，该晶体随后被沉积在基板上。

通过简单的浸渍方法，该团队能够在两个微型模块中沉积覆盖大活性区域的均匀、高质量的钙钛矿晶体薄膜，一个约 16 平方厘米，另一个近 37 平方厘米。在整个光伏模块区域制造均匀的薄膜对于器件性能至关重要。

微型模块的功率转换效率分别为 17.58% 和 16.06%。这些效率是迄今为止报告的最高效率之一。功率转换效率是衡量太阳光转化为电能的效率的指标。

对于其他钙钛矿制造方法，工业规模制造的主要障碍之一是它们狭窄的加工窗口，即薄膜可以铺设在基板上的时间。为了获得与其下方层良好结合的均匀结晶薄膜，必须在几秒钟内严格控制沉积过程。

在钙钛矿前驱体中使用环丁砜将加工窗口从 9 秒延长到 90 秒，在大面积上形成高度结晶、致密的层，同时对加工条件的依赖性较小。

环丁砜方法可以很容易地适应现有的工业制造技术，这有助于为商业化铺平道路。

钙钛矿是具有类似于矿物钙钛矿的特定晶体结构的任何材料。钙钛矿可以在极薄的薄膜中进行设计和制造，这使得它们可用于太阳能光伏电池。

资金：这项工作部分由综合纳米技术中心进行，该中心是由洛斯阿拉莫斯国家实验室 (LANL) 为美国能源部 (DOE) 科学办公室运营的科学用户设施办公室(合同 89233218CNA000001)。Shreetu Shrestha 和 Wanyi Nie 所做的工作得到了 LANL-LDRD 计划的支持。Hsinhan Tsai 感谢 LANL 的 J. Robert Oppenheimer (JRO) 杰出博士后奖学金的财政支持。

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