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扩展钙钛矿太阳能电池 科学家考虑3种可行方法

发布于2021-02-28 23:50:48

【Technews科技新报】钙钛矿太阳能电池在 10 年内刷新效率成长纪录,现在技术也变得越来越稳定,美国能源部国家再生能源实验室(NREL)研究人员认为,钙钛矿太阳能电池主要挑战只差扩展性问题,如何大规模量产并将技术推向实验室之外,他们仔细归纳了几种潜在扩展沉积方法。

钙钛矿太阳能电池转换效率的成长纪录比任何太阳能电池技术都还要快,现在已经达到 22.7%,由于制程便宜许多,它们在实验室中表现出相当大的商业化潜力,是下一代太阳能电池的尖端新秀。

但是,随着研究人员增加电池模块面积,钙钛矿太阳能电池的效率开始下降,下降因素很多,比如电池中化学物质不均匀涂层等。实验室中最常用来制造钙钛矿太阳能电池的方法为旋涂法(spin coating),研究人员将化学物质沉积在基底上,钙钛矿材料会在化学结晶时形成。

但这种方法浪费了超过 90% 的化学品,即钙钛矿墨水,且旋涂法应用在小于 4 平方英寸面积的效果最好,没有更简单的方法可用于更大表面。

为此,NREL 研究人员提出另外 3 种潜在的可扩展沉积方法:刮刀涂层法(blade coating)、精密狭缝式涂布法(Slot-die coating)、喷墨印刷法(Ink-jet printing)。

刮涂法以刀片将化学溶液推散在基底形成湿薄膜,该流程适用于卷对卷制造,柔性基材在固定刀片的下方滚轴上移动,类似报纸印刷方式,这种技术浪费的钙钛矿墨水比旋涂法还要少。

精密狭缝式涂布法与其他技术相比还未得到充足研究,且目前效率低于刮涂法,但未来其再生性可能比刮涂法还要好,更适用于卷对卷生产。

喷墨印刷法则使用一个小喷嘴分散前导墨水,目前这技术已运用在小型太阳能电池,但是否适用批量生产,须取决于印刷速度。

几项研究估计,钙钛矿太阳能电池可用比其他光伏技术还要低的成本发电(虽然这些数据目前只是假设),但从这些研究得出一个结论是,钙钛矿模块投入最高成本将来自基底与电极材料,表明该领域还有一系列创新机会。

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