精密喷涂涂层可使太阳能电池具有更好的性能和稳定性

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发布时间: 20-06-0412:13

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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。

钙钛矿对于下一代太阳能电池很有希望,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制成可以产生能量的窗户。

"我们的工作展示了一种逐层沉积钙钛矿的工艺,每层的厚度和沉积速率都是可控的,"泰国马希多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。"这种新方法可以实现性能和稳定性更好的太阳能电池的堆叠设计。"

在光学协会(OSA)期刊《Optical Materials Express》上,Kanjanaboos及其同事描述了他们的新的喷涂涂层方法,称为顺序喷涂沉积,并展示了这种方法可以用于创建多层钙钛矿涂层设计。在每一层中应用不同的钙钛矿材料,可以实现器件功能的定制化,或满足特定性能和稳定性要求的能力。

钙钛矿的优点之一是可溶液化加工,即通过低温将液体钙钛矿干燥成固体来制造太阳能电池。这种制造工艺比传统的硅太阳能电池的制造工艺更容易,成本也更低,因为传统的硅太阳能电池需要非常高的温度并将固体材料切割成晶圆。

然而,通常用于制造钙钛矿的溶液工艺不允许进行多层设计,因为上层往往会溶解已经干燥的下层。为了克服这一挑战,研究人员转而采用了一种被称为连续喷雾沉积的工艺,在这种工艺中,将材料的微小液滴涂抹到表面。

在尝试了不同的喷镀方法后,找到了一种可以在100℃左右的温度下工作的方法。然后,他们优化了喷雾参数,确保小液滴在接触到已经干燥的下层材料后立即干燥并结晶成固体钙钛矿。

"通过我们的喷涂工艺,上层的溶液不会干扰构成第一层的固体薄膜,"Pongsakorn说。"通过精确控制每层的厚度和沉积速率,可以设计和创造出具有任意层数的堆叠式包层结构的无限组合。"

研究人员通过在不同的具有较好电气性能的钙钛矿材料上沉积具有较高稳定性的钙钛矿材料来演示该技术。这种双层半透明的钙钛矿器件显示出了清晰的层数,并同时实现了高性能和良好的稳定性。

研究人员计划利用这种方法制造具有新的功能和性能与稳定性俱佳的多层钙钛矿设备,这在以前是不可能实现的。

论文标题为《Layer-by-layer spray coating of a stacked perovskite absorber for perovskite solar cells with better performance and stability under a humid environment》。

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