噴墨印刷制造為實際鈣鈦礦太陽能電池生產鋪平了道路

來自卡爾斯魯厄技術學院的研究人員已經開發了一種基于噴墨打印的新制造技術，該技術可以實現鈣鈦礦太陽能電池的快速，高效和可擴展生產。鈣鈦礦半導體是太陽能電池非常有前途的材料，因為它們吸收光并將其轉換為能量的效率更高，并且生產成本可能比目前使用的硅更低。然而，需要更多的工作來實現鈣鈦礦太陽能電池的實際工業規模制造。

來自卡爾斯魯厄技術學院Ulrich W.Paetzold博士的研究組的博士生Helge Eggers將在光學學會(OSA)2020先進光子學大會上展示這種新的噴墨打印方法，該會議是一次全虛擬會議，13 – 7月16日。

噴墨打印是一種可擴展且材料高效的沉積方法，用于基于溶液的材料，可輕松調整打印圖案。

“為鈣鈦礦型太陽能電池的制造開發良好的噴墨印刷工藝不僅可以實現低成本的批量生產，而且還可以基于數字圖像文件輕松修改印刷設計，從而打開了個性化定制太陽能電池的市場。 ，”艾格斯說。

研究小組表明，這項新技術可以生產出將光能轉換為電能的太陽能電池，其效率接近于規模較小的制造方法所能達到的效率。因為它們的方法可用于印刷任意圖案，所以將太陽能電池印刷到用于將天窗和建筑物外墻變成動力源的材料上也很有用。

優化的噴墨打印

研究人員開始使用他們的新方法來制造具有噴墨打印鈣鈦礦吸收層的太陽能電池。他們的主要成就是開發了基于真空干燥的優化墨水和制造工藝。該方法允許具有微米級大的柱狀晶粒的鈣鈦礦材料的優選結晶圖案。太陽能電池的功率轉換效率超過20%，作者說這是部分噴墨印刷鈣鈦礦太陽能電池報道的最高轉換效率。這一結果有助于彌補現有技術中效率最高的25%的旋涂鈣鈦礦型太陽能電池的性能差距。

然后，他們又進一步開發了具有噴墨打印吸收層和提取層的鈣鈦礦太陽能電池。這些太陽能電池的功率轉換效率超過17%。他們還表明，他們的優化墨水配方可以通過打印一些作者的詳細肖像來創建毫米級的結構。

盡管這些結果是邁向可伸縮鈣鈦礦太陽能電池發展的重要一步，但仍需克服主要挑戰。

卡爾斯魯厄技術學院鈣鈦礦特別工作組負責人烏爾里希·W·佩佐德說：“目前，我們仍在實驗室規模上加工太陽能電池。將噴墨打印的鈣鈦礦光伏技術擴大到大面積是一項持續的工作。” “為此，我們與該領域的工業合作伙伴進行了合作。”

該小組正在研究噴墨印刷電極。此外，該小組仍在優化已開發的噴墨印刷工藝的質量和可重復性，因為即使印刷薄膜的均質性即使發生很小的變化也會對太陽能電池的性能產生巨大影響。