中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員楊棟和劉生忠團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽能電池規(guī)?；苽浞矫嫒〉眯逻M(jìn)展。他們開發(fā)出分子膠水界面錨定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效、大面積鈣鈦礦組件涂布印刷制備。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《焦耳》。
鈣鈦礦太陽能電池具有高效率、低成本等優(yōu)勢，被視為下一代光伏技術(shù)的核心。在產(chǎn)業(yè)化方面，適合大面積連續(xù)生產(chǎn)的涂布印刷工藝是首選技術(shù)路線。然而，作為電子傳輸層的氧化錫納米顆粒在涂布過程中易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致薄膜不均勻，進(jìn)而引發(fā)鈣鈦礦層結(jié)晶缺陷和界面電荷傳輸障礙，制約了電池性能的提升。
研究團(tuán)隊(duì)將四甲基氯化銨（TMACL）引入氧化錫前驅(qū)體膠體溶液中，通過正負(fù)電荷相互作用，“錨定”氧化錫顆粒，抑制其團(tuán)聚，提升溶液穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表明，該技術(shù)使涂布后的薄膜表面粗糙度降低了32%，同時有效減少針孔缺陷。另外，TMACL分子中的氮原子與鈣鈦礦中的鉛離子形成化學(xué)鍵，如同膠水一樣緊密連接電子傳輸層和鈣鈦礦吸光層，使界面缺陷密度降低40%，顯著提升了電荷提取效率。
基于這一分子膠水策略，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦組件從實(shí)驗(yàn)室水平制備到規(guī)?；a(chǎn)，采用全涂布工藝制備的57.20平方厘米大面積鈣鈦礦組件效率達(dá)到22.76%，經(jīng)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證效率為21.60%。未封裝器件在大氣環(huán)境下運(yùn)行1500小時后，仍保持93.25%的初始效率，高穩(wěn)定性為鈣鈦礦組件的商業(yè)化應(yīng)用提供了支撐。此外，該技術(shù)在柔性鈣鈦礦電池中同樣表現(xiàn)優(yōu)異，57.20平方厘米的大面積柔性鈣鈦礦組件效率超過20%，經(jīng)500次彎折后效率保持率仍達(dá)95.3%，為柔性鈣鈦礦電池在可穿戴設(shè)備、車載發(fā)電等場景的應(yīng)用開辟了新路徑。
相比于依賴高純度溶劑和小面積制備的傳統(tǒng)旋涂工藝，分子膠水策略的最大優(yōu)勢在于其與涂布印刷工藝具有深度適配性。該技術(shù)不僅可實(shí)現(xiàn)米級薄膜連續(xù)生產(chǎn)，還將材料利用率提升至90%以上，能耗降低50%。TMACL作為工業(yè)級試劑，成本僅為傳統(tǒng)界面修飾材料的1/10，且無需額外復(fù)雜工藝，為鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化提供了便利的高性價比解決方案。（記者：孫丹寧）
