科学家改进钙钛矿太阳能电池材料配比 转换效率接近晶体硅电池

他们改进了一种将廉价钙钛矿溶质制成的溶液垂直沉积到下方移动基板上的工艺。他们不仅发现了其中一种溶剂所起的关键作用，而且还仔细研究了溶液的老化和储存特性。

由晶体硅制成的太阳能电池在屋顶装置和太阳能农场中仍占最大份额。但其他技术也早已成熟，比如通过在基板上沉积极薄的太阳能电池材料层，将阳光转化为电能的技术。EvaUnger教授和她在柏林亥姆霍兹-岑特鲁姆（HZB）的团队正在研究的钙钛矿型太阳能电池属于这一组。“这些是迄今为止最好的太阳能电池，可以使用2-D墨水。”研究人员解释说现在它们的效率已经接近晶体硅电池的效率。

开发可扩展的方法

许多方法已经被开发并用于在实验室中制造小型测试单元，在那里可以对它们进行研究和改进。但工业规模的制造业仍有很长的路要走。昂格从自己的经验中知道：“不幸的是，为制造小表面积而优化的工艺不能总是按比例放大。换言之：并非所有在实验室工作完美的工艺都必须在工厂车间经济地工作。这就是为什么我们要迈出下一步，开发可伸缩的方法。这意味着我们的团队正专注于更大表面的涂层工艺。”在HZB和工业界合作的基础设施——混合硅钙钛矿研究、集成与新技术（HySPRINT）创新实验室，团队专注于已经证明其在工业中重要性的工艺。

她解释说，我们在这里试验了槽模涂层。在这个过程中，作为钙钛矿前驱体、溶剂和添加剂的稀薄液体溶液的“墨水”从狭缝状喷嘴流出，像帘子一样落在玻璃基板上，玻璃基板被输送到下面，随后成为太阳能电池。使用后，开始结晶。一种半导体钙钛矿结构的超薄层生长，使这种材料组有了它的名字，太阳能电池也有了它的功能。昂格和她的团队成员、博士生李金钊和贾纳丹·达加尔博士现在发现，材料油墨中一种称为二甲基亚砜（DMSO）的有机溶剂的确切数量对这一过程至关重要。昂格使用它作为添加剂，因为它对墨水有惊人的效果。二甲基亚砜诱导钙钛矿的结晶核。结晶核通常是微小的颗粒，有助于启动晶体并促进其生长。在bessyii的X射线衍射实验中，我们发现添加DMSO和不添加DMSO的墨水有很大的区别。

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重要的是数量

然而，正如她的团队在许多实验中发现的那样，添加量在这里起着决定性的作用。更多的DMSO有利于晶体生长到一定程度。如果超过这个标准，其他工艺就会发挥作用，由此产生的微结构会降低太阳能电池的性能。”这就像给汤调味一样如果你加得太少，它仍然是平淡的。如果你加太多，味道也不好。因此，你需要添加适量的油墨，使其达到最佳状态。“除了最佳的组成，HZB团队还彻底研究了老化过程，从而延长了油墨的储存寿命。“到目前为止，这是一个很少受到关注的方面。”昂格解释说，钙钛矿型前驱体油墨的老化会影响器件性能。这是开发油墨和工艺时必须考虑的一个重要因素。