首次制成全丝网印刷钙钛矿光伏器件推动钙钛矿电池的产业化
- 来源：化工仪器网
- 2023/1/4 18:52:48
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钙钛矿复合氧化物具有独特的晶体结构，尤其经掺杂后形成的晶体缺陷结构和性能，或可被应用在固体燃料电池、固体电解质、传感器、高温加热材料、固体电阻器及替代贵金属的氧化还原催化剂等诸多领域，成为化学、物理和材料等领域的研究热点。并且钙钛矿材料因性能优异、成本低廉等突出特点，是当前光伏领域发展的重要方向之一。
近日，南京工业大学科研团队联合我国相关学者在钙钛矿薄膜制备领域取得突破，首次实现了丝网印刷钙钛矿油墨和薄膜的可控制备，并首次制备出高效稳定的全丝网印刷的钙钛矿光伏器件。
钙钛矿薄膜沉积有旋涂法、刮涂法、喷墨印刷和丝网印刷等众多方法，其中，丝网印刷技术一枝独秀。较之于其他薄膜制造技术，丝网印刷技术具有成本低、原料利用率高、制备工艺简单等突出优点，被认为是钙钛矿太阳能电池产业化的理想技术。
采用丝网印刷技术可以制备钙钛矿器件的各层薄膜，但丝网印刷制备钙钛矿活性层一直是科学界的难题，现有的低黏度有机溶剂体系难以应用于丝网印刷制备钙钛矿薄膜，限制了低成本丝网印刷钙钛矿光伏器件的发展，使得丝网印刷钙钛矿光活性层始终没有被实现。
研究团队首次提出了黏度可控、组分可调、空气稳定的离子液体钙钛矿印刷油墨。他们通过离子液体醋酸甲胺(MAAc)创造性地制备出长期稳定的和黏度可靠的钙钛矿印刷油墨，实现了丝网印刷，并实现了对薄膜厚度、面积和不同基材上的图案控制。
全丝网印刷钙钛矿器件是助力钙钛矿产业化的‘硬核’技术。传统钙钛矿光伏器件制备过程中的五六种程序(工艺流程)需要对应五六台设备，而如今，研究团队仅需通过丝网印刷薄膜的动力学调控和器件结构优化，制备出全丝网印刷钙钛矿光伏器件，成功地实现了“一锅炖”，一台设备解决全部功能层制备。
他们开发出效率为20.52%的丝网印刷钙钛矿光伏器件、14.98%的全丝网印刷钙钛矿光伏器件和11.80%的全丝网印刷钙钛矿光伏组件，未封装的器件在最大功率点恒定光照300小时后，保持其初始效率的96.75%。实验结果表明，用于丝网印刷图案化的钙钛矿薄膜，实现了超过20厘米每秒的印刷速率和接近100%的原料利用率，以“点—线—面”的相转移方式精确地控制钙钛矿薄膜的形貌。
钙钛矿电池在空气中的稳定性不好，怕湿、容易被氧化，需要在手套箱内完成，但用丝网印刷技术制备钙钛矿薄膜及器件，就可以在空气中制备，这将有利于推动钙钛矿电池的产业化应用。该项成果于11月10日在国际权威学术期刊《自然》在线发表。
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