鈣鈦礦材料因性能優(yōu)異、成本低廉等突出特點，是當(dāng)前光伏領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。近日，南京工業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊聯(lián)合我國相關(guān)學(xué)者在鈣鈦礦薄膜制備領(lǐng)域取得突破，首次實現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦油墨和薄膜的可控制備，并首次制備出高效穩(wěn)定的全絲網(wǎng)印刷的鈣鈦礦光伏器件。成果于11月10日在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

鈣鈦礦薄膜沉積有旋涂法、刮涂法、噴墨印刷和絲網(wǎng)印刷等方法，其中，絲網(wǎng)印刷是指利用絲網(wǎng)鏤孔版和印料，經(jīng)刮印得到圖形，具有工藝簡單、效率高、圖案化易、成本低等優(yōu)點，被認(rèn)為是鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的理想技術(shù)。

“此前，采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可以制備鈣鈦礦器件的電子傳輸層、空穴傳輸層和電極層，但鈣鈦礦活性層一直無法用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備。”論文共同通訊作者、南京工業(yè)大學(xué)柔性電子（未來技術(shù)）學(xué)院副院長陳永華介紹。

“絲網(wǎng)印刷制備鈣鈦礦活性層一直是科學(xué)界的難題，因為現(xiàn)有的低黏度有機(jī)溶劑體系難以應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷制備鈣鈦礦薄膜，限制了低成本絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件的發(fā)展。”論文共同第一作者陳暢順介紹，低黏度的溶劑很難印刷厚約400-500納米的鈣鈦礦薄膜，限制了低成本絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件的發(fā)展。

如何解決絲網(wǎng)印刷制備鈣鈦礦活性層薄膜制備難題？“我們首次制備出了黏度可控、組分可調(diào)、空氣穩(wěn)定的離子液體鈣鈦礦印刷油墨，實現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷，并實現(xiàn)了對薄膜厚度、面積和不同基材上的圖案控制。”論文共同第一作者陳健鑫說。

據(jù)悉，此次研究中，團(tuán)隊開發(fā)出的絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件的光電轉(zhuǎn)化效率為20.52%、全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件的效率為14.98%，全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏組件為11.80%。未封裝的器件在最大功率點恒定光照300小時后，保持其初始效率的96.75％。絲網(wǎng)印刷圖案化的鈣鈦礦薄膜，實現(xiàn)了每秒超過20厘米的印刷速率和接近100%的原料利用率。

“鈣鈦礦電池在空氣中的穩(wěn)定性不好，怕濕、容易被氧化，需要在手套箱內(nèi)完成，但用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備鈣鈦礦薄膜及器件，就可以在空氣中制備了，這將有利于推動鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。”陳永華說。

作者：金鳳 通 楊芳 來源：科技日報 責(zé)任編輯：jianping