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钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其效率高、成本低、可制备成柔性器件等优势,近年来在光伏领域异军突起,成为下一代太阳能电池技术的重要候选者。然而,钙钛矿薄膜的制备工艺仍面临诸多挑战,特别是大面积器件的制备和模块化生产。传统方法通常需要使用反溶剂,这不仅会增加制备成本,还会影响器件的稳定性。因此,开发无需反溶剂的印刷技术,以及适用于大面积制备的钙钛矿油墨,是实现钙钛矿太阳能电池规模化应用的关键。【全印刷钙钛矿太阳能电池:迈向规模化应用的桥梁】全印刷钙钛矿太阳能电池技术,是指利用印刷技术制备所有的器件组件,如钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴传输层和电极等。全印刷技术具有以下优势:l 可扩展性: 可以实现大面积器件的快速制备,降低制造成本,更适合大规模生产。l 柔性: 可以使用柔性基板,制备成柔性器件,拓宽了应用场景。l 环境友好: 可以减少溶剂的使用,降低对环境的影响。然而,全印刷钙钛矿太阳能电池也面临着以下挑战:l 薄膜质量: 印刷过程中容易出现薄膜均匀性差、缺陷密度高等问题,影响器件性能。l 材料兼容性: 需要开发与印刷工艺相兼容的材料,并且保证材料的稳定性和性能。l 工艺控制: 需要精确控制印刷参数,以获得高质量的器件。【挥发性油墨的优势与挑战】挥发性油墨是指使用高挥发性溶剂配制的钙钛矿前驱体溶液。挥发性油墨在全印刷钙钛矿太阳能电池制备中具有以下优势:l 快速成膜: 由于溶剂的快速挥发,可以快速形成薄膜,提高生产效率。l 减少缺陷: 快速挥发可以减少溶剂的残留,从而降低缺陷密度。l 降低成本: 高挥发性溶剂价格相对较低,有利于降低制造成本。然而,挥发性油墨也面临着以下挑战:l 材料稳定性: 高挥发性溶剂容易导致钙钛矿前驱体分解或发生化学反应,影响薄膜质量。l 结晶控制: 快速挥发会影响钙钛矿薄膜的结晶过程,导致薄膜的晶粒尺寸和结晶度难以控制。l 界面控制: 快速挥发会影响钙钛矿层与其他层之间的界面质量,影响电荷传输和器件性能。【前驱体工程:提高全印刷钙钛矿太阳能电池效率的利器】为了克服挥发性溶剂与钙钛矿前驱体之间配位能力差的问题,研究人员开发了前驱体工程策略,并成功应用于全印刷钙钛矿太阳能电池的制备。l 单晶前驱体: 预先合成的单晶具有更高的结晶度和纯度,可以有效地减少杂质和缺陷,提高薄膜质量。l 油墨纯化: 通过去除油墨中的胶体颗粒,可以抑制胶体诱导的异相成核,促进晶体生长,获得更大尺寸、更高结晶度的薄膜。【全印刷钙钛矿太阳能电池模块化制备:未来发展方向】采用前驱体工程策略制备的 Cs-FA 钙钛矿薄膜,其性能优异,在全印刷钙钛矿太阳能电池的制备中表现出巨大的优势。高效稳定: 该团队使用该油墨制备的太阳能电池,其功率转换效率 (PCE) 达到了 19.3%,在 ISOS-L-2I 老化测试 (85 °C/1 Sun) 中,其 T80 (初始 PCE 的 80%) 为 1000 小时。可扩展性: 该团队利用该油墨制备了碳电极小型太阳能模块,其稳定 PCE 达到 16.2%(平均 15.6%),是全印刷钙钛矿太阳能模块的最高记录,为实现规模化光伏技术迈出了关键的一步【展望】l 该研究为全印刷钙钛矿太阳能电池模块化制备提供了新的思路,采用前驱体工程策略,解决了挥发性油墨与钙钛矿前驱体之间配位能力差的问题,成功制备了高质量的 Cs-FA 钙钛矿薄膜,并实现了高性能全印刷钙钛矿太阳能电池模块的制备。l 研究团队: 该研究由德国FAU i-MEET Prof. Dr. Christoph J. Brabec 教授团队与 FAU.Dr. Hans-Joachim Egelhaaf 合作完成。Prof. Dr. Christoph J. Brabec 教授是有机光伏领域专家,他领导的团队在钙钛矿太阳能电池研究领域取得了显着成果,在材料合成、器件制备、性能表征和理论模拟方面都做出了重要贡献。*l 这项研究为钙钛矿太阳能电池的商业化应用奠定了重要基础,未来,研究人员将继续探索更优异的材料和工艺,实现更高效率、更稳定、更可扩展的全印刷钙钛矿太阳能电池,为绿色能源的发展做出更大的贡献。参考文献Precursor-Engineered Volatile Inks Enable Reliable Blade-Coating of Cesium–Formamidinium Perovskites Toward Fully Printed Solar Modules Adv. Sci. 2024, 2401783.【本研究参数图】Fig 2. f) 太阳能电池的 JV 曲线,均以 100 mV s-1 的速度反向扫描测量。g) 在 MPP 电压下电池的随时间变化的光电流和相应的 PCE。 h) 两种太阳能电池的 EQE 光谱和综合 JSC。老化试验在 85 ± 5 °C 的充氮箱中进行,由带紫外线滤光片的金属卤化物灯提供 1 个太阳当量的光照。当温度达到 85 ℃ 时,每个器件的 PCE 都归一化为相应的值。Fig 3. e) 在气淬处理的第 6 秒、第 8 秒、第 12 秒、第 20 秒和第 30 秒时的 PL 光谱Fig 4. i) 从绘图测量中提取的区域平均光响应。 j) 从粉末混合墨水和单晶墨水中提取的包晶薄膜的 X 射线衍射图样。) (001) 衍射峰的放大图像。Fig 5. a) 印刷的珍珠岩微型太阳能模块的互连示意图。 c) PCE微型太阳能模块的 JV 曲线(反向扫描方向测量)和 MPP。d) 在 MPP 下测量的模块的光电流和稳定 PCE。 e) 从 12 个微型太阳能模块中测量的稳定 PCE 的统计数据。 f) 带有碳对电极的无真空全印刷太阳能模块的 PCE 与有效面积的关系汇总。推荐设备:LQ-100X_PL_ 光致发光及发光量子产率测试系统以下几点优势,可应对材料测试面临的挑战: l 以紧凑的设计,尺寸大小 502.4mm(L) x 322.5mm(W) x 352mm(H),搭配4吋外径PTFE材质的积分球,并且整合NIST追溯的校准,让手套箱整合PL与PLQY成为可能。l 利用先进的仪表控制程序,可以进行原位时间PL光谱解析,并且可产生2D与3D图表,说明使用者可以更快地表征材料在原位时间的变化。l 系统光学设计可容易的做红外扩展,波长由700-1100nm, 可展延至1700nm。粉末、溶液、薄膜样品都可相容测试。文献参考自 ADVANCED SCIENCE DIO:10.1002/advs.202401783本文章为Enlitech光焱科技改写 用于科研学术分享 如有任何侵权 请来信告知
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光焱科技股份有限公司为您提供《挥发性油墨助力全印刷钙钛矿太阳能电池模块化制备:开辟规模化应用新路径》,该方案主要用于太阳能中发光效率检测 检测,参考标准《暂无》,《挥发性油墨助力全印刷钙钛矿太阳能电池模块化制备:开辟规模化应用新路径》用到的仪器有光焱科技光致发光与发光量子产率测试系统LQ-100X-PL。
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