盡管鈣鈦礦是一種有前途的替代品，可替代當(dāng)今大多數(shù)太陽能電池中所用的硅，但仍需要新的制造工藝來使其實(shí)用化。為了填補(bǔ)這一空白，研究人員開發(fā)了一種新的精密噴涂方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的鈣鈦礦太陽能電池設(shè)計(jì)，并且可以擴(kuò)大規(guī)模以進(jìn)行批量生產(chǎn)。

鈣鈦礦對于下一代太陽能電池很有希望，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)成本可能低于硅。鈣鈦礦甚至可以噴涂在玻璃上以產(chǎn)生能量的窗戶。

“我們的工作表明一個(gè)過程沉積的鈣鈦礦 層由具有可控厚度和沉積每層的利率層，”在泰國瑪希隆大學(xué)材料科學(xué)與創(chuàng)新，理學(xué)院，學(xué)院的研究小組負(fù)責(zé)人Pongsakorn Kanjanaboos說。“這種新方法可以使太陽能電池的堆疊設(shè)計(jì)具有更好的性能和穩(wěn)定性。”

在光學(xué)協(xié)會(OSA)的《光學(xué)材料快報(bào)》中，Kanjanaboos及其同事描述了他們的新噴涂方法，稱為順序噴涂法，并表明該方法可用于創(chuàng)建多層鈣鈦礦設(shè)計(jì)。在每一層中應(yīng)用不同的鈣鈦礦材料可以允許定制設(shè)備的功能或滿足特定性能和穩(wěn)定性要求的能力。

更好的噴涂方式

鈣鈦礦的優(yōu)點(diǎn)之一是它們是可溶液加工的，這意味著太陽能電池是通過在低溫下將液體鈣鈦礦干燥成固體而制成的。與制造傳統(tǒng)的硅太陽能電池相比，該制造過程要容易得多且成本更低，該過程需要非常高的溫度并將固體材料切割成晶圓。

但是，通常用于制造鈣鈦礦的固溶工藝不允許多層設(shè)計(jì)，因?yàn)樯蠈觾A向于溶解已經(jīng)干燥的下層。為了克服這一挑戰(zhàn)，研究人員轉(zhuǎn)向了一種稱為順序噴涂的工藝，該工藝將材料的微小液滴施加到表面上。

在嘗試了不同的噴涂方法后，他們發(fā)現(xiàn)一種可以在100°C左右的溫度下工作的方法。然后，他們優(yōu)化了噴霧參數(shù)，以確保微小的液滴在與已經(jīng)干燥的下層接觸后立即干燥并結(jié)晶為固體鈣鈦礦。

構(gòu)建多層設(shè)備

“通過我們的噴涂工藝，上層溶液不會干擾構(gòu)成第一層的固體膜，” Pongsakorn說。“可以通過精確控制每一層的厚度和沉積速率來設(shè)計(jì)和創(chuàng)建堆疊的鈣鈦礦體系結(jié)構(gòu)與任意數(shù)量層的無窮組合。”

研究人員通過將具有高穩(wěn)定性的鈣鈦礦材料沉積在具有更好電性能的不同鈣鈦礦材料上來證明了該技術(shù)。這種雙層半透明鈣鈦礦裝置顯示出清晰的層數(shù)，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高性能和良好的穩(wěn)定性。

研究人員計(jì)劃使用這種新方法來制造具有新功能以及性能與穩(wěn)定性相結(jié)合的多層鈣鈦礦設(shè)備，這是以前無法實(shí)現(xiàn)的。