大連化物所開發分子膠水界面錨定技術 實現高效大面積鈣鈦礦組件涂布印刷制備

　　【儀表網 研發快訊】近日，大連化物所太陽能研究部薄膜硅太陽電池研究組(DNL1606組)楊棟研究員和劉生忠研究員團隊在鈣鈦礦太陽能電池規模化制備方面取得新進展，開發分子膠水界面錨定技術，實現了高效、大面積鈣鈦礦組件涂布印刷制備。
 

 

　　鈣鈦礦太陽能電池憑借高效率、低成本等優勢，被視為是下一代光伏技術的核心。在產業化中，適合大面積連續生產的涂布印刷工藝是首選技術路線。然而，作為電子傳輸層的氧化錫(SnO2)納米顆粒在涂布過程中易發生團聚，導致薄膜不均勻，進而引發鈣鈦礦層結晶缺陷和界面電荷傳輸障礙，制約了電池性能的提升。
 

　　本工作中，研究團隊將四甲基氯化銨(TMACL)引入SnO2前驅體膠體溶液中，通過正負電荷相互作用，“錨定”SnO2顆粒，抑制其團聚，提升溶液穩定性。實驗表明，該技術使涂布后的薄膜表面粗糙度降低了32%，同時有效減少針孔缺陷。另外，TMACL分子中的氮原子與鈣鈦礦中的鉛離子形成化學鍵，如同“膠水”一樣緊密連接電子傳輸層和鈣鈦礦吸光層，使界面缺陷密度降低40%，顯著提升了電荷提取效率。
 

　　基于這一“分子膠水”策略，研究團隊實現了鈣鈦礦組件從實驗室水平制備到規模化生產，采用全涂布工藝制備的57.20 cm2大面積鈣鈦礦組件效率達到22.76%，經國際權威機構認證效率為21.60%；未封裝器件在大氣環境(ISOS-O測試)下運行1,500 小時后，仍保持93.25%的初始效率，高穩定性為鈣鈦礦組件的商業化應用提供了支撐。此外，該技術在柔性鈣鈦礦電池中同樣表現優異，57.20 cm2的大面積柔性鈣鈦礦組件效率超過20%，經500次彎折后效率保持率達95.3%，為柔性鈣鈦礦電池在可穿戴設備、車載發電等場景應用開辟了新路徑。
 

　　相比于依賴高純度溶劑和小面積制備的傳統旋涂工藝，“分子膠水”策略的最大優勢在于其與涂布印刷工藝具有深度適配性。該技術不僅可實現米級薄膜連續生產，還將材料利用率提升至90%以上，能耗降低50%。TMACL作為工業級試劑，成本僅為傳統界面修飾材料的1/10，且無需額外復雜工藝，為鈣鈦礦太陽能電池的產業化提供了便利的高性價比解決方案。
 

　　該工作以“Interfacial molecular anchor for ambient all-bladed perovskite solar modules”為題，于近日發表在《焦耳》(Joule)上。該工作的共同第一作者是我所DNL1606組工程師朱學杰博士、遼寧師范大學于東麒教授。上述工作得到國家重點研發計劃、中國科學院B類先導專項“高效低成本大面積鈣鈦礦光伏電池研究”、大連化物所-沈陽自動化所聯合創新基金等項目的資助。(文/圖 楊少安、朱學杰、于東麒)