一個國際研究團隊利用噴墨打印工藝制造了甲脒錫鉛 (Sn-Pb) 鈣鈦礦薄膜，用于鈣鈦礦太陽能電池制造。

“這項研究代表著通過噴墨打印技術開發(fā)低鉛環(huán)保鈣鈦礦太陽能電池的重大進步。我們由 Eva Unger 教授領導的團隊致力于優(yōu)化噴墨打印工藝，以確保精確的薄膜沉積并提高設備性能，”第一作者 Ayush Tara 告訴《光伏》雜志。“這項研究為環(huán)保、可擴展且高效的太陽能解決方案開辟了新途徑。”

該團隊選擇噴墨打印技術來制備混合甲脒錫鉛 (Sn-Pb) 薄膜，是因為該技術“設計靈活”，能夠“精確調整有機鹵素鈣鈦礦層的結晶特性”，而且控制程度高。與旋涂法相比，該技術還被認為是一種高通量制造方法，旋涂法可以制造出高性能的實驗室級設備，但缺乏規(guī)?；瘽摿Α?/p>

研究人員準備了過濾的前體鈣鈦礦墨水溶液，然后將其填充到德國 Süss Microtec 提供的工具中的 Pixdro LP50 噴墨打印頭中。這是一個 Spectra SE128 打印頭，液滴大小為 30 pL。他們解釋說，墨水保持在 60 C 的墨頭溫度下，打印是在打印頭電壓為 80 V 和噴射頻率為 100 Hz 的情況下進行的，該打印應用于移動基板。他們說：“在打印分辨率為 500 dpi、質量因數(shù)為 4、打印速度為 100 mm/s 和滴速為 4m/s 時可獲得最佳效果。”

印刷后，對基板進行氣流輔助真空干燥處理，然后在 100 C 下進行 10 分鐘的熱退火。測試結果表明，“將高達 50% 的 Pb 摻入 FASnI3 薄膜中可提高晶格穩(wěn)定性。”性能最佳的組合物是有效面積為 0.16 cm2、功率轉換效率為 10.26% 且能帶隙為 1.25 eV 的太陽能電池。

該團隊補充說，根據(jù)他們的知識，該性能代表了迄今為止通過噴墨打印生產的混合錫鉛基鈣鈦礦太陽能電池的最高效率。“此外，這些電池的吸收光譜延伸到 1000 nm 以上，對應于 1.25 eV 的帶隙，”科學家指出，強調其適合作為全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池窄帶隙子電池的候選材料。“結果表明，噴墨打印可以有效提高錫鉛基 PSC 的效率，支持設備制造的可擴展性，”他們總結道。

該研究為進一步的研究奠定了基礎。“下一個目標是開發(fā)大面積噴墨打印的錫鉛鈣鈦礦太陽能電池，并最終將它們集成為全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池的底部電池，”塔拉說。

研究工作細節(jié)發(fā)表在《ACS 應用材料與界面》雜志上的《噴墨打印的 FASn?–?Pb?I? 基鈣鈦礦太陽能電池》上。研究團隊包括來自德國亥姆霍茲-柏林研究機構、印度孟買理工學院和印度查謨大學的研究人員。