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首次制成全絲網印刷鈣鈦礦光伏器件 推動鈣鈦礦電池的產業化
2022年11月11日 11:32:19
來源：化工儀器網 點擊量：4679
近日，南京工業大學科研團隊聯合我國相關學者在鈣鈦礦薄膜制備領域取得突破，首次實現了絲網印刷鈣鈦礦油墨和薄膜的可控制備，并首次制備出高效穩定的全絲網印刷的鈣鈦礦光伏器件。
【化工儀器網 項目成果】鈣鈦礦復合氧化物具有獨特的晶體結構，尤其經摻雜后形成的晶體缺陷結構和性能，或可被應用在固體燃料電池、固體電解質、傳感器、高溫加熱材料、固體電阻器及替代貴金屬的氧化還原催化劑等諸多領域，成為化學、物理和材料等領域的研究熱點。并且鈣鈦礦材料因性能優異、成本低廉等突出特點，是當前光伏領域發展的重要方向之一。
近日，南京工業大學科研團隊聯合我國相關學者在鈣鈦礦薄膜制備領域取得突破，首次實現了絲網印刷鈣鈦礦油墨和薄膜的可控制備，并首次制備出高效穩定的全絲網印刷的鈣鈦礦光伏器件。
鈣鈦礦薄膜沉積有旋涂法、刮涂法、噴墨印刷和絲網印刷等眾多方法，其中，絲網印刷技術一枝獨秀。較之于其他薄膜制造技術，絲網印刷技術具有成本低、原料利用率高、制備工藝簡單等突出優點，被認為是鈣鈦礦太陽能電池產業化的理想技術。
采用絲網印刷技術可以制備鈣鈦礦器件的各層薄膜，但絲網印刷制備鈣鈦礦活性層一直是科學界的難題，現有的低黏度有機溶劑體系難以應用于絲網印刷制備鈣鈦礦薄膜，限制了低成本絲網印刷鈣鈦礦光伏器件的發展，使得絲網印刷鈣鈦礦光活性層始終沒有被實現。
研究團隊首次提出了黏度可控、組分可調、空氣穩定的離子液體鈣鈦礦印刷油墨。他們通過離子液體醋酸甲胺(MAAc)創造性地制備出長期穩定的和黏度可靠的鈣鈦礦印刷油墨，實現了絲網印刷，并實現了對薄膜厚度、面積和不同基材上的圖案控制。
全絲網印刷鈣鈦礦器件是助力鈣鈦礦產業化的‘硬核’技術。傳統鈣鈦礦光伏器件制備過程中的五六種程序(工藝流程)需要對應五六臺設備，而如今，研究團隊僅需通過絲網印刷薄膜的動力學調控和器件結構優化，制備出全絲網印刷鈣鈦礦光伏器件，成功地實現了“一鍋燉”，一臺設備解決全部功能層制備。
他們開發出效率為20.52%的絲網印刷鈣鈦礦光伏器件、14.98%的全絲網印刷鈣鈦礦光伏器件和11.80%的全絲網印刷鈣鈦礦光伏組件，未封裝的器件在最大功率點恒定光照300小時后，保持其初始效率的96.75%。實驗結果表明，用于絲網印刷圖案化的鈣鈦礦薄膜，實現了超過20厘米每秒的印刷速率和接近100%的原料利用率，以“點—線—面”的相轉移方式精確地控制鈣鈦礦薄膜的形貌。
鈣鈦礦電池在空氣中的穩定性不好，怕濕、容易被氧化，需要在手套箱內完成，但用絲網印刷技術制備鈣鈦礦薄膜及器件，就可以在空氣中制備，這將有利于推動鈣鈦礦電池的產業化應用。該項成果于11月10日在國際權威學術期刊《自然》在線發表。
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