技术前沿:新印刷术提升钙钛矿太阳电池稳定性

  • 2021年07月21日
  • 作者: Selina Shi

    Selina Shi

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  • 翻译: Selina Shi

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图片来源:网络

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为了提高钙钛矿太阳电池的稳定性和效率,来自亚利桑那大学的一个研究小组研发出一种新的印刷工艺,这种工艺名为通过墨水绘制的限制性区域印刷,简称RAPID。

研究人员指出,这种相对较新的技术仍然非常不稳定,所以钙钛矿没有得到更广泛的使用。专家们重点指出,他们的创新可以克服这种不稳定性。

亚利桑那大学化学和环境工程系助理教授Adam Printz和他的团队(包括该校化学和环境工程系副教授Erin Ratcliff以及化学、生物化学和光学科学系荣誉教授Neal Armstrong)获得了能源部太阳能技术办公室(SETO)为该项目提供的为期三年、价值70万美元的拨款。

Printz入选了SETO 2020财年钙钛矿资助计划。这一计划着眼于以更快的速度开发可负担的太阳能,实现美国的清洁能源目标并创造国内就业机会。

研究人员指出,实验室制造的钙钛矿具有与矿物相同的晶体结构,具备了光导性能和被制成油墨的能力。

后一种特性使钙钛矿能够被打印到柔性塑料片上,这和打印报纸的方式类似。专家们强调,这一特性可以打印出高效的、超薄的太阳能电池,这些电池薄到可以被卷起来。

Printz和他的团队在2019年年底开始了钙钛矿打印工作,他们使用3D打印零件小规模展示了这种机制的运作方式。这笔资金使团队得以打造一个可以升级的项目版本。

为了制造钙钛矿材料,研究小组在一个表面上铺上了一层薄薄的专用墨水。在此之后,墨水被加热以使钙钛矿晶体结构成形。研究人员指出,这种印刷的薄膜呈现出几个由边界区域分隔的微小颗粒。当放在高倍显微镜下时,看起来就像干裂的泥土。

“这些边界区域实际上可以与空气中的水分相互作用,让钙钛矿转化为一种完全不同的、不吸收光线的材料,这会让太阳能电池变得很糟糕,”“我们希望尽量减少晶界表面积,这样就不会发生这些反应,钙钛矿就会更有可能保持在钙钛矿的形态。”

RAPID的功能是尽量减少边界区域。减少边界面积可以提高稳定性和效率。

作为团队工作一部分,Printz和他的团队旨在将钙钛矿太阳能电池的晶界减少90%。他们还希望将电池的效率稳定性提升50%。

研究人员还希望,随着RAPID大规模发生作用,钙钛矿的生产会受到积极影响,在很大程度上改善低成本、高效率设备的稳定性。

SETO一直支持侧重于提高有机-无机混合钙钛矿太阳能电池效率和寿命的研究。SETO的目标是快速实现钙钛矿太阳能技术的商业化,降低制造成本。 根据SETO的说法,钙钛矿太阳能电池的转换效率已经有了快速的进步,从2006年的约3%提高到今天的逾25%。虽然钙钛矿太阳能电池会在很短的时间内实现高效,但在它们成为一种富有竞争力的商业技术之前,仍然存在着一些挑战。Mercom一直在持续报道钙钛矿技术改进的创新和突破。

最近,布朗大学的一个团队表示,他们开发出一种可以提高钙钛矿太阳电池效率的分子胶水。韩国光州科技学院的研究人员也研究出一种通过利用离子来提高钙钛矿太阳能电池效率的新方法。

(责任编辑:Selina Shi)

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