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鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）被認為是下一代光伏技術(shù)極具前途的候選人，具有高效率和低生產(chǎn)成本，有可能徹底改變可再生能源產(chǎn)業(yè)。然而，現(xiàn)有的逐層制造工藝帶來的挑戰(zhàn)阻礙了該技術(shù)的商業(yè)化。

最近，香港城市大學(xué)（CityU）和美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員聯(lián)合開發(fā)了一種創(chuàng)新的一步解決方案“涂層法”，簡化了制造過程，降低了PSC的商業(yè)化障礙。

(資料圖)

研究人員解釋說，“在不犧牲設(shè)備效率的情況下，減少設(shè)備加工步驟的數(shù)量，將有助于降低工藝復(fù)雜性和制造成本，從而提高PSC的可制造性?！?/p>

“我們開發(fā)了一種嶄新的工序解決了制造的問題，我們僅須進行一個步驟的的涂層工序，即可一步到位，同時形成鈣鈦礦層及空穴選擇層，從而獲得了極佳的24.5%的太陽能轉(zhuǎn)換效率，并為倒裝式鈣鈦礦太陽能電池帶來了特佳的穩(wěn)定性。這有助于令這太陽能電池新技術(shù)向商品化向前邁進一步?！彼麄冄a充說。

通常，這制作工序涉及把太陽能電池的不同夾層，依次逐層沉積在彼此的上方。雖然這種方法在生產(chǎn)高性能鈣鈦礦太陽能電池方面取得了成功，但它會導(dǎo)致一些問題，如制造成本增加、均勻性和可重復(fù)性不理想等，可能會阻礙其商業(yè)化。

為了提高PSCs的可制造性，上述研究小組發(fā)明了一種制造高效倒鈣鈦礦太陽能電池的新方法，其中空穴選擇層和鈣鈦礦光吸收劑可以在單一的溶液涂層過程中自發(fā)形成。

他們發(fā)現(xiàn)，如果在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中加入特定的磷酸或羧酸，在鈣鈦礦薄膜加工過程中，溶液會在氧化銦錫襯底上自組裝。當鈣鈦礦結(jié)晶時，它們形成堅固的自組裝單層，作為優(yōu)良的孔選擇接觸。

研究人員表示，這種單一的溶液涂層工藝不僅解決了潤濕性問題，而且通過同時創(chuàng)建空穴選擇層和鈣鈦礦光吸收劑來簡化器件制造，而不是傳統(tǒng)的逐層工藝。

新發(fā)明的PSC器件的功率轉(zhuǎn)換效率為24.5%，即使在連續(xù)照明下以最大功率點工作1200小時后，仍能保持其初始效率的90%以上。其效率可與市場上類似的PSC相媲美。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《自然能源》雜志上。

該合作團隊還表明，新方法與各種自組裝單層分子系統(tǒng)、鈣鈦礦成分、溶劑和可擴展的加工方法（如旋轉(zhuǎn)涂層和葉片涂層技術(shù)）兼容。用新方法制備的PSC與其他方法制備的PSC性能相當。

研究人員說，“通過引入這種創(chuàng)新的方法，我們希望通過提出一種更直接的方法來制造高性能鈣鈦礦太陽能電池，并有可能加速將它們推向市場的過程，從而為鈣鈦礦研究界做出貢獻?！?/p>

未來，研究小組計劃進一步探索自組裝單層分子結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦前體之間的關(guān)系，以確定該技術(shù)的最佳自組裝單層分子組，從而提高PSCs的整體性能。