來自卡爾斯魯厄技術(shù)學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)了一種基于噴墨打印的新制造技術(shù)，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的快速，高效和可擴(kuò)展生產(chǎn)。鈣鈦礦半導(dǎo)體是太陽能電池非常有前途的材料，因?yàn)樗鼈兾展獠⑵滢D(zhuǎn)換為能量的效率更高，并且生產(chǎn)成本可能比目前使用的硅更低。然而，需要更多的工作來實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池的實(shí)際工業(yè)規(guī)模制造。

來自卡爾斯魯厄技術(shù)學(xué)院Ulrich W.Paetzold博士的研究組的博士生Helge Eggers將在光學(xué)學(xué)會(OSA)2020先進(jìn)光子學(xué)大會上展示這種新的噴墨打印方法，該會議是一次全虛擬會議，13 – 7月16日。

噴墨打印是一種可擴(kuò)展且材料高效的沉積方法，用于基于溶液的材料，可輕松調(diào)整打印圖案。

“為鈣鈦礦型太陽能電池的制造開發(fā)良好的噴墨印刷工藝不僅可以實(shí)現(xiàn)低成本的批量生產(chǎn)，而且還可以基于數(shù)字圖像文件輕松修改印刷設(shè)計(jì)，從而打開了個性化定制太陽能電池的市場。 ，”艾格斯說。

研究小組表明，這項(xiàng)新技術(shù)可以生產(chǎn)出將光能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能電池，其效率接近于規(guī)模較小的制造方法所能達(dá)到的效率。因?yàn)樗鼈兊姆椒捎糜谟∷⑷我鈭D案，所以將太陽能電池印刷到用于將天窗和建筑物外墻變成動力源的材料上也很有用。

優(yōu)化的噴墨打印

研究人員開始使用他們的新方法來制造具有噴墨打印鈣鈦礦吸收層的太陽能電池。他們的主要成就是開發(fā)了基于真空干燥的優(yōu)化墨水和制造工藝。該方法允許具有微米級大的柱狀晶粒的鈣鈦礦材料的優(yōu)選結(jié)晶圖案。太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率超過20%，作者說這是部分噴墨印刷鈣鈦礦太陽能電池報(bào)道的最高轉(zhuǎn)換效率。這一結(jié)果有助于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中效率最高的25%的旋涂鈣鈦礦型太陽能電池的性能差距。

然后，他們又進(jìn)一步開發(fā)了具有噴墨打印吸收層和提取層的鈣鈦礦太陽能電池。這些太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率超過17%。他們還表明，他們的優(yōu)化墨水配方可以通過打印一些作者的詳細(xì)肖像來創(chuàng)建毫米級的結(jié)構(gòu)。

盡管這些結(jié)果是邁向可伸縮鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展的重要一步，但仍需克服主要挑戰(zhàn)。

卡爾斯魯厄技術(shù)學(xué)院鈣鈦礦特別工作組負(fù)責(zé)人烏爾里希·W·佩佐德說：“目前，我們?nèi)栽趯?shí)驗(yàn)室規(guī)模上加工太陽能電池。將噴墨打印的鈣鈦礦光伏技術(shù)擴(kuò)大到大面積是一項(xiàng)持續(xù)的工作。” “為此，我們與該領(lǐng)域的工業(yè)合作伙伴進(jìn)行了合作。”

該小組正在研究噴墨印刷電極。此外，該小組仍在優(yōu)化已開發(fā)的噴墨印刷工藝的質(zhì)量和可重復(fù)性，因?yàn)榧词褂∷⒈∧さ木|(zhì)性即使發(fā)生很小的變化也會對太陽能電池的性能產(chǎn)生巨大影響。