新的钙钛矿制造技术可大规模生产太阳能电池

住宅用途：一种新的制造工艺可大规模生产钙钛矿太阳能电池。 iStock/MarioGuti供图。

来自台湾和美国的研究人员发现制造工艺中需要一个简单改变，这个简单的改变将很快使高性能钙钛矿太阳能电池的大规模生产变得更容易。这项技术是由国立台湾大学（National Taiwan University）的Leeyih Wang及其同事开发的，他们表明，这项技术既能提高太阳能转换效率，又能提高钙钛矿微型模块的使用寿命。他们的创新可以为大规模生产钙钛矿太阳能电池开辟新途径，使其成为现有硅基电池的有力竞争对手。

钙钛矿材料被广泛视为低成本、大面积太阳能电池最有前途的候选材料之一。由于其出色的光电性能，最近的实验已经证明转化效率高达22%，超过0.5 平方厘米的有效面积。然而，由于薄的钙钛矿膜制造要求高，目前在更大的尺寸范围内还实现不了类似的实验室性能。

当前，制造过程通常将抗溶剂滴到钙钛矿前驱体上，其被旋涂在一个衬底上。理想情况下，该技术可以制造具有均匀、高质量晶体结构的薄膜。但是，必须严格控制该工艺的条件，并且必须在初始沉积后仅 9 s 的时间内应用抗溶剂。否则，由此产生的钙钛矿薄膜可能是表面粗糙和不均匀的，这会降低其作为太阳能电池的性能。而且随着薄膜尺寸变大，实施这一工艺变得越来越困难。

新的抗溶剂

为了解决这个问题，Wang的团队，包括洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的研究人员引进了一种技术，大大拓宽了沉积后的时间窗口。他们使用环丁砜作为抗溶剂，这使得他们在实验中能够制造出均匀的、高质量和大面积的钙钛矿薄膜。为了研究分子间机制来解释这种现象，他们利用X射线衍射和红外光谱学的组合研究了所涉及的化学反应。

他们发现，环丁砜分子和钙钛矿前驱体离子之间的氢键显著减缓了结晶过程，从而将添加抗溶剂的时间窗口延长到90秒。这使得致密的、高度均匀的晶体结构能够在不那么严苛的工艺条件下形成。为了证明这一改进，Wang和同事们制造了一个有效面积为36.6平方厘米的钙钛矿太阳能电池微型模块。

他们的器件实现了超过16%的太阳能功率转换效率，并在50 °C下运行250 小时后仍保留了约90%的初始性能，在这这个温度节点上达到了最大的功率值。这种高效率和长的运行寿命为大规模生产钙钛矿太阳能电池创造了条件，即可在更加灵活的制造条件下生产。Wang的团队希望这项技术能很快在商业上得到广泛应用，甚至可能成为硅基太阳能电池的一个有力的竞争对手，从而提升可再生能源的前景。

这项研究发表在《Joule》上。

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