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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 7

金屬鹵化物鈣鈦礦具有低成本、光電性能優(yōu)異且與柔性制造兼容的優(yōu)點,是光伏應(yīng)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(xiàn)超24%的能量轉(zhuǎn)換效率(PCE),極具商業(yè)價值。然而,將PSCs從實驗室規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)變至工業(yè)生產(chǎn)仍困難重重。環(huán)境印刷為高性能PSCs和低成本商業(yè)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(jié)晶動力學對于高質(zhì)量環(huán)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(fù)雜化結(jié)晶動力學,包括調(diào)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(jié)晶行為,環(huán)境印刷技術(shù)難以在F-PSCs及其組件的應(yīng)用中大展身手。阻礙F-PSCs環(huán)境印刷的主要因素為低溫加工需求與細致控制薄膜質(zhì)量二者難以平衡。為實現(xiàn)F-PSCs的環(huán)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(zhuǎn)變造就了尚未明晰的結(jié)晶特性。另外,低溫所引起的溶劑揮發(fā)慢的問題將使得水分干擾加重,使得薄膜質(zhì)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(zhì)量。此外,柔性襯底和鈣鈦礦層之間的應(yīng)力不匹配會導(dǎo)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(jié)晶控制的復(fù)雜性。

為解決上述問題,陜西師范大學劉生忠趙奎聯(lián)合西安電子科技大學張春福中國科學院光伏與節(jié)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(xiàn)了高性能F-PSC鈣鈦礦薄膜的環(huán)境印刷,有效解決了環(huán)境水分干擾和低溫加工時結(jié)晶質(zhì)量差的問題。

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