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離子液體助力鈣鈦礦太陽能電池的可擴展制造

2024-10-26 12:37:16 sh默尼 6

金屬鹵化物鈣鈦礦具有低成本、光電性能優異且與柔性制造兼容的優點,是光伏應用的首選材料之一。以此為原料制得的柔性鈣鈦礦太陽能電池(F-PSCs)具有出色的比功率密度,近年來已實現超24%的能量轉換效率(PCE),極具商業價值。然而,將PSCs從實驗室規模生產轉變至工業生產仍困難重重。環境印刷為高性能PSCs和低成本商業化提供了一條重要途徑,但該方式常常面臨深層缺陷、成分不均一和薄膜不均勻等問題。造成這些問題的原因則是水分暴露、成核和生長不一致三種因素,可控的結晶動力學對于高質量環境印刷鈣鈦礦薄膜的重要性得以凸顯。


解決這些問題的策略最初集中于復雜化結晶動力學,包括調整溶劑比例并引入特定的添加劑,使得剛性基材上的PCE大于24%。但受制于低溫柔性制造過程中難以控制的結晶行為,環境印刷技術難以在F-PSCs及其組件的應用中大展身手。阻礙F-PSCs環境印刷的主要因素為低溫加工需求與細致控制薄膜質量二者難以平衡。為實現F-PSCs的環境印刷,常需要比剛性襯底低得多的制造溫度,其間涉及的溫度轉變造就了尚未明晰的結晶特性。另外,低溫所引起的溶劑揮發慢的問題將使得水分干擾加重,使得薄膜質量惡化。即便引入氣流來減少水分干擾,過快的成核與生長也會影響薄膜質量。此外,柔性襯底和鈣鈦礦層之間的應力不匹配會導致薄膜中的晶格畸變和成分不均勻,進一步增加了柔性制造過程中結晶控制的復雜性。

為解決上述問題,陜西師范大學劉生忠趙奎聯合西安電子科技大學張春福中國科學院光伏與節能材料國家重點實驗室潘旭團隊,利用1-丁基-3-甲基吡啶硫氰酸鹽離子液體(BPySCN),成功實現了高性能F-PSC鈣鈦礦薄膜的環境印刷,有效解決了環境水分干擾和低溫加工時結晶質量差的問題。

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默尼化工科技(上海)有限公司

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