卷对卷制造的混合钙钛矿太阳能电池达到创纪录的效率

用于生产混合钙钛矿太阳能电池的卷对卷印刷系统的照片
卷式：卷对卷印刷技术用于生产混合钙钛矿太阳能电池板，效率为 11%，面积高达 50 cm2。 （由 D Vak 提供）

     由于澳大利亚和英国的研究人员首次采用工业方法制造了这种电池，由混合钙钛矿材料制成的大面积太阳能电池离商业化又近了一步。 这些电池采用卷对卷印刷技术在环境条件下生产，显示出相对较高的功率转换效率，单个小面积电池可达 15.5%，大面积模块中串联电池可达 11%。 研究人员表示，这些电池的生产成本也很便宜，一旦产量达到每年 100 万平方米，计算成本将降至每瓦 0.70 美元。

     当钙钛矿材料同时含有无机和有机成分时，它被称为“杂化”材料。 与所有钙钛矿一样，杂化物的化学式为 ABX3，但在这种情况下，A 是有机阳离子，B 是铅，X 可以是碘化物、溴化物或其他卤化物。 从结构上讲，它们含有一个充满小有机阳离子的卤化铅框架，它们在薄膜太阳能电池方面显示出很大的前景，因为它们的可调节带隙使它们能够吸收较宽的太阳光谱波长范围内的光。
     “我们长期以来一直致力于印刷有机太阳能电池的研究，但当钙钛矿太阳能电池出现时，有机太阳能电池领域的进展相对缓慢，”澳大利亚联邦科学与工业研究组织 (CSIRO) 的 Doojin Vak 说道。 该项目与剑桥大学、莫纳什大学和新南威尔士大学的同事合作。
     对于像 Vak 这样的研究人员来说，混合钙钛矿太阳能电池的令人兴奋之处在于，它们的功率转换效率原则上与硅、砷化镓或碲化镉等现有太阳能电池材料的功率转换效率相当。 然而在实践中，高效混合钙钛矿太阳能电池迄今为止仅在实验室中得到验证。 使用工业流程用这些材料制造高效的大面积设备仍然具有挑战性。

50 cm² 面板上的效率为 11%
     在最新的工作中，Vak 和同事表明，他们可以使用卷对卷印刷生产效率高达 11%、面积高达 50 cm2 的混合钙钛矿太阳能电池板。 该技术以类似于报纸印刷方式的连续过程生产细胞，通过连续的涂布、印刷和干燥阶段，将一端的一卷薄膜转变为另一端的一卷装满成品的薄膜。
     许多工业流程一次性完成所有这些制造步骤。 然而，在这种情况下，研究人员使用多次运行来制造他们的设备。 他们还用与钙钛矿材料兼容的印刷碳电极取代了传统上用于卷对卷印刷的真空金属电极。
     通过这次调整，该团队每天能够制造和分析超过 10,000 个太阳能电池。 这种“高通量”实验使研究人员能够快速确定各种处理参数的最佳值，从而提高了最终设备的效率。

各种应用的原型
     “我们认为钙钛矿太阳能电池也可以像有机太阳能电池一样完全印刷，我们已经取得了良好的进展，”瓦克说。 “最后一个障碍是消除基于真空的背面电极，我们在这项工作中成功实现了这一目标。”