光伏新技術(shù)：精密鈣鈦礦噴涂

鈣鈦礦因其作為太陽能電池的潛在材料特性引起了人們的極大興趣，但要使它們廣泛應用于實際，研究人員必須開發(fā)處理它們的高效制造流程。泰國科學家設(shè)計了一種噴涂方法，將精密的鈣鈦礦層涂在基質(zhì)上，從而制造出穩(wěn)定、高性能的光伏結(jié)構(gòu)。

鈣鈦礦有許多化學公式，通常有兩個不同的陽離子和三個陰離子。來自瑪希隆大學材料科學與創(chuàng)新學院的科學團隊將他們的研究重點放在混合鹵化物鈣鈦礦上，其中包括一些溴原子或碘原子的結(jié)合作為陰離子。這種半導體化合物的顏色從棕色到橙色不等，對光有一定的透明度。

在幾百納米的尺度上，半導體的形狀和分層決定了器件的功能。研究人員表示，在三層或三層以上使用不同類型的鈣鈦礦制造吸光劑，可以實現(xiàn)許多以前無法實現(xiàn)的復雜設(shè)計。

由于鈣鈦礦可以制成液體溶液進行加工，噴霧沉積似乎是一種較好的制造方法，但該技術(shù)難以預測和控制。以前，科學家只能通過讓底層快速接觸一些化學物質(zhì)，才能將第二層鈣鈦礦層覆蓋在基底層之上。這些過程會導致表面鈍化——上層的水滴會部分重新溶解先前干燥的下層。研究人員表示之前的科學家無法精確控制覆蓋層的厚度及其對下層的影響。

圖片來源瑪希隆大學

研究人員稱他們的技術(shù)為“序貫噴霧沉積”。他們用兩個噴嘴在45度角將鈣鈦礦溶液噴灑到加熱到100℃的基片上，同時將實驗空間的空氣濕度保持在45％到50％的相對濕度——以讓鈣鈦礦層更穩(wěn)定。

有些鹵化物鈣鈦礦——每個分子含有三個碘原子——具有較好的電學性能，但相對于穩(wěn)定性較差。研究團隊首先確定了這種類型，然后在400 nm厚的下一層干燥后，噴涂一層90 nm厚的蓋層。雖然研究人員表示他們只制作了兩層，但他們說通過精確控制每一層的厚度和沉積速率，可以將更多的層堆積起來。

研究人員表示這項新技術(shù)不僅為鈣鈦礦太陽能電池開辟了新途徑，而且還為鈣鈦礦電子器件的整個光譜，如鈣鈦礦LED、光電探測器、激光器等開辟了新途徑。

該論文發(fā)布在Opt Mater上。