絲網(wǎng)印刷技術(shù)破解鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)化難題

南京工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)離子液體醋酸甲胺(MAAc)創(chuàng)造性制備出長(zhǎng)期穩(wěn)定的鈣鈦礦印刷油墨，解決了鈣鈦礦器件放大化面臨的科學(xué)與技術(shù)難題，將應(yīng)用于制備圖案化的絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦薄膜和全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件，加速鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。相關(guān)論文11月10日在線發(fā)表于《自然》。

當(dāng)前，印刷鈣鈦礦光伏薄膜及器件的工藝多種多樣，包括刮涂法、噴墨打印、涂布法、絲網(wǎng)印刷等，其中絲網(wǎng)印刷技術(shù)被認(rèn)為具有工藝簡(jiǎn)單、效率高、圖案化易、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化的理想技術(shù)。然而，絲網(wǎng)印刷制備鈣鈦礦活性層一直是科學(xué)界的難題，其關(guān)鍵問(wèn)題是現(xiàn)有的低黏度有機(jī)溶劑體系難以應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷制備鈣鈦礦薄膜，限制了低成本絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件的發(fā)展。

針對(duì)這一難題，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次提出了黏度可控、組分可調(diào)、空氣穩(wěn)定的離子液體鈣鈦礦印刷油墨，用于絲網(wǎng)印刷圖案化的鈣鈦礦薄膜，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)20厘米每秒的印刷速率和接近100%的原料利用率，以“點(diǎn)-線-面”的相轉(zhuǎn)移方式精確地控制鈣鈦礦薄膜的形貌。

研究人員通過(guò)絲網(wǎng)印刷薄膜的動(dòng)力學(xué)調(diào)控和器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，制備出全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件，一臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)全部功能層制備，顯著降低了設(shè)備需求、技術(shù)兼容性和制備成本。他們開(kāi)發(fā)出效率為20.52%的絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件、14.98%的全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件和11.80%的全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏組件，未封裝的器件在最大功率點(diǎn)恒定光照300小時(shí)后，能保持其初始效率的96.75%。