【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鈣鈦礦太陽能電池不斷提高的能量轉(zhuǎn)換效率對于光伏行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。金屬有機-無機雜化鈣鈦礦材料因其出色的光電性質(zhì)成為鈣鈦礦太陽能電池的關(guān)鍵組成部分。然而，相比于旋涂制備，印刷方法(如刮涂、狹縫涂布等)涂膜過程中的流變學(xué)行為更為復(fù)雜，對薄膜結(jié)晶過程缺乏精細(xì)調(diào)控，導(dǎo)致薄膜形貌較差，進而限制了印刷制備的光伏器件光電轉(zhuǎn)換效率的提升。因此，設(shè)計適用于印刷制備的鈣鈦礦前驅(qū)體墨水對提升器件性能有著重要的意義。
 

　　在國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院和北京分子科學(xué)國家研究中心的支持下，化學(xué)所綠色印刷實驗室宋延林研究員、喬雅麗研究員團隊聚焦鈣鈦礦型太陽能器件由旋涂小面積到刮涂大面積器件與模組制備中性能降低的普遍問題，通過對印刷過程中大面積鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶動力學(xué)與取向調(diào)控，獲得了高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜并用于構(gòu)筑高效鈣鈦礦光伏器件。提出通過設(shè)計適用于印刷制備的鈣鈦礦前驅(qū)體墨水，調(diào)控刮涂過程中的溶劑去除速率；同時，結(jié)合微結(jié)構(gòu)界面對鈣鈦礦薄膜結(jié)晶取向的誘導(dǎo)，在印刷制備鈣鈦礦光伏器件方面取得了系列研究進展(Angew.Chem. Int. Ed. 2023,62,e202300971;Adv. Mater.2024,36,2408448;Nano Energy2021,89,106384)。
 

　　近期，該團隊通過在鈣鈦礦前驅(qū)體墨水中設(shè)計制備各向異性的鈣鈦礦膠束，刮涂制備了高效的鈣鈦礦光伏器件。相比于各向同性的球形膠束，各向異性的橢球形膠束在膠束間范德華力和涂膜彎液面中的液流的共同作用下，在所沉積的薄膜中展現(xiàn)出取向更好的堆積方式，有效提升了刮涂制備鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)量。基于各向異性膠束的前驅(qū)體溶液制備的鈣鈦礦光伏器件在孔徑面積為0.09cm2和13.94cm2的孔徑面積分別實現(xiàn)了24.31%和21.67%(經(jīng)認(rèn)證為21.37%)的光電轉(zhuǎn)換效率。該工作展示了針對印刷制備方法設(shè)計鈣鈦礦前驅(qū)體墨水的重要性，并揭示了前驅(qū)體溶液中膠束行為對所成薄膜的影響規(guī)律，為印刷制備高性能鈣鈦礦光伏器件提供了新思路。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于Advanced Materials期刊上(Adv. Mater.2025,DOI: 10.1002/adma.202418790)。第一作者為博士研究生楊永瑞，吳晶晶、張堃和汪洋為共同第一作者，通訊作者是宋延林研究員、喬雅麗研究員、中國科學(xué)院高能物理研究所陳雨副研究員。
 

通過含有各向異性膠束的前驅(qū)體墨水印刷制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜