中國科學院大連化學物理研究所研究員楊棟和劉生忠團隊在鈣鈦礦太陽能電池規(guī)模化制備方面取得新進展。他們開發(fā)出分子膠水界面錨定技術，實現(xiàn)了高效、大面積鈣鈦礦組件涂布印刷制備。相關研究成果近日發(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的核心。在產業(yè)化方面，適合大面積連續(xù)生產的涂布印刷工藝是首選技術路線。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)生團聚，導致薄膜不均勻，進而引發(fā)鈣鈦礦層結晶缺陷和界面電荷傳輸障礙，制約了電池性能的提升。
研究團隊將四甲基氯化銨（TMACL）引入氧化錫前驅體膠體溶液中，通過正負電荷相互作用，“錨定”氧化錫顆粒，抑制其團聚，提升溶液穩(wěn)定性。實驗表明，該技術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，團隊實現(xiàn)了鈣鈦礦組件從實驗室水平制備到規(guī)?；a，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到22.76%，經國際權威機構認證效率為21.60%。未封裝器件在大氣環(huán)境下運行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)化應用提供了支撐。此外，該技術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500次彎折后效率保持率仍達95.3%，為柔性鈣鈦礦電池在可穿戴設備、車載發(fā)電等場景的應用開辟了新路徑。
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。該技術不僅可實現(xiàn)米級薄膜連續(xù)生產，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，且無需額外復雜工藝，為鈣鈦礦太陽能電池的產業(yè)化提供了便利的高性價比解決方案。（記者：孫丹寧）
