精密喷涂可以使太阳能电池具有更好的稳定性和性能

时间：2021-10-07 10:52:05 来源：

（单击图像可查看全图。）研究人员已经开发出一种新的精密喷涂方法，称为顺序喷涂法，该方法可使多层钙钛矿吸收剂用于先进的太阳能电池设计，并且可以扩大规模以进行批量生产。该技术可用于创建具有任意数量层的钙钛矿体系结构。

新方法提供了制造多层钙钛矿太阳能电池的实用方法。

尽管钙钛矿是一种有前途的替代品，可替代当今大多数太阳能电池中所用的硅，但仍需要新的制造工艺来使其实用化。为了填补这一空白，研究人员开发了一种新的精密喷涂方法，该方法可以实现更复杂的钙钛矿太阳能电池设计，并且可以扩大规模以进行批量生产。

钙钛矿有望用于下一代太阳能电池，因为它们吸收光并将其转换为能量的效率更高，并且生产成本可能低于硅。钙钛矿甚至可以喷在玻璃上，以产生能产生能量的窗户。

泰国玛希隆大学理学院材料科学与创新学院的研究团队负责人Pongsakorn Kanjanaboos说：“我们的工作展示了以可控制的厚度和每一层的沉积速率逐层沉积钙钛矿的过程。”“这种新方法可以使太阳能电池的堆叠设计具有更好的性能和稳定性。”

在光学协会（OSA）的《光学材料快报》上，Kanjanaboos及其同事描述了他们的新喷涂方法，称为顺序喷涂法，并表明该方法可用于创建多层钙钛矿设计。在每层中应用不同的钙钛矿材料可以定制设备的功能或满足特定性能和稳定性要求的能力。

更好的喷涂方式

钙钛矿的优点之一是它们是可溶液加工的，这意味着太阳能电池是通过在低温下将液体钙钛矿干燥成固体而制成的。与制造传统的硅太阳能电池相比，该制造过程要容易得多且成本更低，该过程需要非常高的温度并将固体材料切割成晶圆。

研究人员通过将具有较高稳定性的钙钛矿材料沉积在具有更好电性能的不同钙钛矿材料上来证明了该技术。在每层中应用不同的钙钛矿材料可用于自定义设备的功能或满足特定的性能和稳定性要求。图为该论文的第一作者本科生Koth Amratisha（左）和他的顾问Pongsakorn Kanjanaboos（右）。

但是，通常用于制造钙钛矿的固溶工艺不允许多层设计，因为上层倾向于溶解已经干燥的下层。为了克服这一挑战，研究人员转向了一种称为顺序喷涂的工艺，该工艺将材料的微小液滴施加到表面上。

在尝试了不同的喷涂方法之后，他们发现了一种可在100℃左右的温度°下工作的方法。然后，他们优化了喷涂参数，以确保微小的液滴在与已经干燥的下层接触后立即干燥并结晶成固体钙钛矿。

构建多层设备

“通过我们的喷涂工艺，上层溶液不会干扰构成第一层的固体膜，” Pongsakorn说。“通过精确控制每一层的厚度和沉积速率，可以设计和创建具有任意层数的堆叠钙钛矿体系结构的无穷组合。”

研究人员通过将具有高稳定性的钙钛矿材料沉积在具有更好电性能的不同钙钛矿材料上来证明了该技术。该双层半透明钙钛矿装置显示出清晰的层数，并同时实现了高性能和良好的稳定性。

研究人员计划使用这种新方法来制造具有新功能以及性能与稳定性相结合的多层钙钛矿设备，这是以前无法实现的。

参考：Koth Amratisha，Jitprabhat Ponchai，Paphada Kaewurai，Pimsuda Pansa-ngat，Kusuma Pinsuwan，Pisist Kumnorkaew，Pipat Ruankham撰写的“用于钙钛矿型太阳能电池的层叠钙钛矿吸收剂的分层喷涂，在潮湿环境下具有更好的性能和稳定性”和Pongsakorn Kanjanaboos，2020年6月3日，光学材料快报。DOI：
10.1364 / OME.391546

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