新的钙钛矿制备方法为低成本、大规模生产太阳能电池铺平了道路

环丁砜添加剂制造高性能钙钛矿太阳能电池

一种新的浸渍工艺使用环丁砜添加剂创造高性能钙钛矿太阳能电池。该方法成本低廉,非常适合扩大到商业生产。资料来源:洛斯阿拉莫斯国家实验室

磺胺添加剂工艺制造简单,成本低,性能优越,使用寿命长。

一种新的、更简单的方法来制造稳定的钙钛矿太阳能电池,克服了这种有前景的可再生能源技术大规模生产和商业化的关键瓶颈,这在十多年来一直是令人兴奋的遥不可及的。

“我们的工作为在不久的将来实现低成本、高通量的大规模商业生产大规模太阳能组件铺平了道路,”集成纳米技术中心的研究员聂万一说。聂是这篇论文的通讯作者,这篇论文于2021年3月18日发表在该杂志上焦耳。“我们通过两个小模块演示了这种方法,它们达到了将阳光转化为电能的冠军水平,大大延长了使用寿命。由于这种工艺简单且成本低,我们相信它可以很容易地适应工业环境中的大规模制造。”

备受期待的太阳能技术

几十年来,钙钛矿光电被看作是市场上常见的硅基光电的有力竞争对手,在过去的十年里,钙钛矿光电一直是备受期待的新兴技术。由于缺乏解决该领域重大挑战的解决方案,商业化一直受到阻碍:将高效钙钛矿太阳能电池模块的生产从工作台到工厂车间的规模化。

该团队与国立台湾大学(NTU)的研究人员合作,通过在钙钛矿前驱体或通过化学反应生成钙钛矿晶体的液体材料中引入环丁砜作为添加剂,发明了一种一步旋涂法。与其他制造方法一样,该晶体随后沉积在基片上。

新工艺使该团队能够生产出高产、大面积的光伏设备,这些设备能高效地利用阳光发电。这些钙钛矿太阳能电池也有很长的使用寿命。

通过一种简单的浸渍方法,该团队能够在两个微型模块中沉积均匀、高质量的钙钛矿晶体薄膜,其中一个大约16平方厘米,另一个近37平方厘米,覆盖了一个很大的活动区域。在整个光伏组件区域制造均匀的薄膜对器件的性能至关重要。

在掌权

mini模块的功率转换效率分别为17.58%和16.06%,在迄今为止的报告中名列前茅。能量转换效率是衡量阳光转化为电能的有效程度。

对于其他钙钛矿制造方法,工业化规模制造的主要障碍之一是它们狭窄的加工窗口,即薄膜可以在基片上铺设的时间。为了得到均匀的晶体膜,并与下面的层很好地结合,沉积过程必须在几秒钟内被严格控制。

在钙钛矿前体中使用环丁砜将加工窗口从9秒延长到90秒,在大面积形成高度结晶的致密层,同时较少依赖于加工条件。

环丁砜法可以很容易地适应于现有的工业制造技术,这有助于为商业化铺平道路。

钙钛矿是一种具有特定晶体结构的材料,类似于钙钛矿矿物。钙钛矿可以被制造成极薄的薄膜,这使得它们可以用于太阳能光伏电池。

参考文献:黄新祥、刘启汉、蔡新汉、施雷斯塔、苏丽云、陈宝团、陈玉婷、杨左安、吕新、庄景祥、林景富、赖向鹏、聂万义、王丽义《简单的一步法,宽加工窗口》,2021年3月18日焦耳
DOI: 10.1016 / j.joule.2021.02.012

这项工作部分是在集成纳米技术中心完成的,该中心是由洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)为美国能源部(DOE)科学办公室运营的科学用户设施办公室(合同89233218CNA000001)。Shreetu Shrestha和wani Nie的作品得到了LANL-LDRD项目的支持。蔡新汉感谢兰大J. Robert Oppenheimer (JRO)杰出博士后奖学金的资助。

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