斯旺西大学开发世界上第一个完全卷对卷可打印的钙钛矿太阳能电池

钙钛矿光伏器件在器件效率方面显示出巨大潜力，但也有望通过溶液加工制造实现可扩展性。已经通过可打印的介孔支架和柔性基板的狭缝涂布卷对卷进行了大面积钙钛矿的努力。然而，迄今为止，由于缺乏兼容的可溶液处理背电极，因此还没有展示完全卷对卷涂层的器件，而是采用高价值蒸发金属触点作为后处理。

2023年2月15日，英国斯旺西大学David Beynon& Ershad Parvazian&Trystan Watson于AM刊发由溶液制备的碳电极实现的全印刷卷对卷钙钛矿太阳能电池的研究成果。目前该团队已经建立了一种低成本和可扩展的碳墨水配方，能够首次释放钙钛矿太阳能电池大规模制造的潜力。在卷对卷（R2R）工艺中使用槽模涂层，斯旺西大学特定创新和知识中心的学者已经建立了一种创建“完全可打印”钙钛矿光伏（PV）的方法。低温器件结构和卷对卷兼容解决方案配方的组合已被用于制造完全卷对卷可打印器件架构，克服了层间不相容性和重组损失。因此，采用SnO2/钙钛矿/PEDOT/碳的n-i-p器件结构在p型半导体和可印刷碳电极之间形成欧姆接触。结果表明，实现了13-14%的小型器件效率，与蒸发金电极的器件性能想当。此外，这种完全卷对卷涂层的钙钛矿原型代表了游戏规则的改变者，达到超过10%(10.8)的稳定效率，未封装的长期稳定性在70% RH和25°C下1000小时内保持其初始效率的84%。

目前，该团队寻找金电极的替代品，金电极通常在设备打印后使用昂贵且缓慢的蒸发过程进行应用。

SPECIFIC高级研究官David Beynon博士说：“关键是确定正确的溶剂混合物，一种在不溶解底层的情况下作为薄膜干燥的溶剂混合物。X射线衍射分析表明，当用正交溶剂系统配制碳电极墨水时，碳电极油墨能够做到这一点。这种创新层可以在低温和高速下与底层连续兼容地应用。该研究已发表在Advanced Materials上。

光伏研究负责人Trystan Watson教授说：“钙钛矿太阳能电池在推动更清洁，更绿色的能源方面显示出巨大的前景。完全在线生产完全工作设备的能力使大批量生产更容易、更经济，是迈向商业化的一大步。它开启了制造过程的想法，其中一端添加太阳能墨水，另一端出现太阳能电池。”

新型全卷对卷（R2R）涂层设备样品的特写

作为刚性玻璃基板上小型器件的一部分，带有碳电极的器件提供了与传统蒸发金电极相似的光伏性能，功率转换效率（PCE）为13%-14%，并且在较高温度下表现出色并具有更好的长期稳定性。新的全R2R涂层器件印刷在20米长的柔性基板上，产生了10.8%的稳定功率转换效率。

SPECIFIC的博士后研究员Ershad Parvazian博士说：“这个项目最重要的部分是完全涂覆碳R2R，这是一种与钙钛矿光伏一起工作的新工艺，有助于更容易地扩大规模。几年来，这些设备的效率一直在提高，期望它们可以完全打印出来。这项工作已经证明了这一点。”

新一代太阳能电池显着受益于其创造者的独特协作结构，斯旺西大学化学家，材料科学家和工程师团队都在现场。

David Beynon博士（左）和Ershad Parvazian博士（右）拿着新型全卷对卷（R2R）涂层设备的样品。

在短短四年内，这种创新的光伏方法已经设计和制造，详细评估和分析，适应和改进，使全球打印和安装数百万米太阳能电池的可能性比以往任何时候都更接近。Watson教授说：“对于我们斯旺西大学来说，印刷光伏的下一个挑战是向人们证明这些工作。“为了实现这一目标，我们需要开始制造真正看起来像太阳能电池板的东西。然后，我们可以将它们安装在建筑物上，并了解我们离实现英国绿色可再生能源制造的承诺有多近。”

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202208561