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新型钙钛矿太阳能电池制造方法为大规模生产铺平了道路方矩管

2022-06-30 12:01:35

新型钙钛矿太阳能电池制造方法为大规模生产铺平了道路

制造稳定的钙钛矿太阳能电池的新的，更简单的解决方案克服了这一有前途的可再生能源技术的大规模生产和商业化的关键瓶颈。

洛斯阿拉莫斯国家实验室集成纳米技术中心的研究员Wanyi Nie说：“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的商业规模生产铺平了道路。”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论证这种方法，该微型模块达到了将阳光转化为电能的最佳水平，并大大延长了其使用寿命。由于该过程既简便又成本低，我们相信它可以轻松地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）的一步旋涂方法。新工艺使该团队（由洛斯阿拉莫斯和台湾国立大学（NTU）的研究人员合作）生产出高产量，大面积的光伏器件，这些器件可以高效地利用太阳光发电。这些钙钛矿太阳能电池还具有较长的使用寿命。

南大研究小组的主要研究人员，通讯作者之一李义义教授说：“我们为这项成就感到兴奋。这是一种新的合成途径，广泛适用于富钙钛矿材料家族。” 南大研究生，本文的第一作者黄信祥说：“我们已经实施了新的化学方法，将其推向技术上相关的示范。”

数十年来，钙钛矿光伏技术一直是市场上熟悉的硅基光伏技术的可行竞争对手，在过去十年中，钙钛矿光伏技术已成为备受期待的新兴技术。对于该领域的巨大挑战缺乏解决方案阻碍了商业化：将高效钙钛矿型太阳能电池组件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方法，即将环丁砜作为添加剂加入钙钛矿前体或通过化学反应生成钙钛矿晶体的液体材料中。如在其他制造方法中一样，然后将该晶体沉积在基板上。

通过一种简单的浸渍方法，该团队能够在两个微型模块（一个约16平方厘米，另一个约37平方厘米）中沉积均匀的高质量钙钛矿晶体薄膜，该薄膜覆盖较大的活性区域。在整个光伏模块的整个区域上制造均匀的薄膜对于设备性能至关重要。

迷你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可实现效率之一。功率转换效率是衡量太阳光有效转换为电能的方式。

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其狭窄的加工窗口，在这段时间内可以将薄膜铺在基材上。为了获得均匀的结晶膜，该结晶膜可以很好地粘结到其下一层，必须在几秒钟内严格控制沉积过程。

在钙钛矿前体中使用环丁砜可将处理窗口从9秒延长至90秒，从而在较大面积上形成高度结晶的致密层，而对处理条件的依赖性较小。

环丁砜方法可以轻松地适应现有的工业制造技术，这有助于铺平商业化的道路。

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。钙钛矿可以极薄的薄膜进行工程设计和制造，这使其可用于太阳能光伏电池。