鈣鈦礦太陽能電池研究取得了重要進展

2020-12-03 人民資訊

通過研究鈣鈦礦太陽能電池的印刷工藝，德國科學家得出了一些重要的結論來開發適合將鈣鈦礦電池材料沉積到基板上的油墨。

雖然近年來有關鈣鈦礦太陽能電池的研究取得了重要進展，但所取得的、最為顯著的成果大多是在不到一平方釐米的設備上且採用在大規模商用設備生產中並不實用的工藝來取得的。

將這些實驗室成果轉化為大規模生產是另一個亟待探索的研究領域。許多不同的工藝都被認為是適合於此，其中槽模塗布和噴墨列印最為突出。這些，以及許多其他的選擇，都涉及到創造一種含有溶劑和前體材料的『油墨』物質，這種物質沉積到基板上並蒸發掉就形成了鈣鈦礦晶體結構。

了解油墨的組成將如何影響蒸發過程和晶態薄膜的特性，這對鈣鈦礦太陽能電池生產的規模化至關重要。早期的研究已經在為鈣鈦礦本身確定最佳前體材料方面取得了巨大的進展，但有關用於大規模生產的溶劑混合物和油墨構成的研究還處於起步階段。

這正是來自柏林Helmholtz Zentrum Berlin(HZB)的科學家的最新研究焦點。該小組研究了結晶過程，旨在確定油墨的最重要特性，這將決定鈣鈦礦在蒸發和結晶後的性能。研究人員表示：「溶劑和共溶劑在複合鈣鈦礦前體油墨中對中間相結構和成膜動力學的複雜作用尚不清楚。……了解溶劑的配位強度和前體溶液蒸發速率之間的相互作用，可以預測主要的複合鈣鈦礦溶劑化中間相及其從混合溶劑中形成的動力學。」

發表在Materials Advances上的《二元溶劑混合物的混合鈣鈦礦結晶：溶劑蒸發速率和結合強度的相互作用》一文對該研究小組的工作進行了全面的描述。溶劑的流變特性、蒸發速率和中間相的形成是最重要的控制因素。

這篇論文的第一作者Oleksandra Shargaieva解釋道：「在溶劑混合物中，最易揮發的組分蒸發最快，這會改變結晶時的溶劑比。形成機制關鍵取決於溶劑蒸發率以及與這種鉛滷化物的結合強度。」

Shargaieva表示，通過在這項研究中獲得的見解，研究小組應該能夠根據油墨中材料的組合來預測結晶薄膜的形成情況。這反過來也能幫助設計出適合各種不同製造工藝的油墨，試用於鈣鈦礦電池生產。HZB年輕研究員小組複合材料形成和規模化主管Eva Unger表示：「我們仍然缺乏從實驗室規模擴大到工業區規模的系統知識。而這些結果為我們進一步的油墨設計鋪平了道路，使工業規模生產或優質鈣鈦礦薄膜成為可能。」

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