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首次制成全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件 推動鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化
2022年11月11日 11:32:19
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：4702
近日，南京工業(yè)大學科研團隊聯(lián)合我國相關學者在鈣鈦礦薄膜制備領域取得突破，首次實現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦油墨和薄膜的可控制備，并首次制備出高效穩(wěn)定的全絲網(wǎng)印刷的鈣鈦礦光伏器件。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】鈣鈦礦復合氧化物具有獨特的晶體結構，尤其經(jīng)摻雜后形成的晶體缺陷結構和性能，或可被應用在固體燃料電池、固體電解質、傳感器、高溫加熱材料、固體電阻器及替代貴金屬的氧化還原催化劑等諸多領域，成為化學、物理和材料等領域的研究熱點。并且鈣鈦礦材料因性能優(yōu)異、成本低廉等突出特點，是當前光伏領域發(fā)展的重要方向之一。
近日，南京工業(yè)大學科研團隊聯(lián)合我國相關學者在鈣鈦礦薄膜制備領域取得突破，首次實現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦油墨和薄膜的可控制備，并首次制備出高效穩(wěn)定的全絲網(wǎng)印刷的鈣鈦礦光伏器件。
鈣鈦礦薄膜沉積有旋涂法、刮涂法、噴墨印刷和絲網(wǎng)印刷等眾多方法，其中，絲網(wǎng)印刷技術一枝獨秀。較之于其他薄膜制造技術，絲網(wǎng)印刷技術具有成本低、原料利用率高、制備工藝簡單等突出優(yōu)點，被認為是鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的理想技術。
采用絲網(wǎng)印刷技術可以制備鈣鈦礦器件的各層薄膜，但絲網(wǎng)印刷制備鈣鈦礦活性層一直是科學界的難題，現(xiàn)有的低黏度有機溶劑體系難以應用于絲網(wǎng)印刷制備鈣鈦礦薄膜，限制了低成本絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件的發(fā)展，使得絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光活性層始終沒有被實現(xiàn)。
研究團隊首次提出了黏度可控、組分可調(diào)、空氣穩(wěn)定的離子液體鈣鈦礦印刷油墨。他們通過離子液體醋酸甲胺(MAAc)創(chuàng)造性地制備出長期穩(wěn)定的和黏度可靠的鈣鈦礦印刷油墨，實現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷，并實現(xiàn)了對薄膜厚度、面積和不同基材上的圖案控制。
全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦器件是助力鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的‘硬核’技術。傳統(tǒng)鈣鈦礦光伏器件制備過程中的五六種程序(工藝流程)需要對應五六臺設備，而如今，研究團隊僅需通過絲網(wǎng)印刷薄膜的動力學調(diào)控和器件結構優(yōu)化，制備出全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件，成功地實現(xiàn)了“一鍋燉”，一臺設備解決全部功能層制備。
他們開發(fā)出效率為20.52%的絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件、14.98%的全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件和11.80%的全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏組件，未封裝的器件在最大功率點恒定光照300小時后，保持其初始效率的96.75%。實驗結果表明，用于絲網(wǎng)印刷圖案化的鈣鈦礦薄膜，實現(xiàn)了超過20厘米每秒的印刷速率和接近100%的原料利用率，以“點—線—面”的相轉移方式精確地控制鈣鈦礦薄膜的形貌。
鈣鈦礦電池在空氣中的穩(wěn)定性不好，怕濕、容易被氧化，需要在手套箱內(nèi)完成，但用絲網(wǎng)印刷技術制備鈣鈦礦薄膜及器件，就可以在空氣中制備，這將有利于推動鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化應用。該項成果于11月10日在國際權威學術期刊《自然》在線發(fā)表。
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