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鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）被認(rèn)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(lái)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(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的研究人員聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新的一步解決方案“涂層法”，簡(jiǎn)化了制造過(guò)程，降低了PSC的商業(yè)化障礙。

(資料圖)

研究人員解釋說(shuō)，“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(kāi)發(fā)了一種嶄新的工序解決了制造的問(wèn)題，我們僅須進(jìn)行一個(gè)步驟的的涂層工序，即可一步到位，同時(shí)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(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，并為倒裝式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池帶來(lái)了特佳的穩(wěn)定性。這有助于令這太陽(yáng)能電池新技術(shù)向商品化向前邁進(jìn)一步。”他們補(bǔ)充說(shuō)。

通常，這制作工序涉及把太陽(yáng)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(yáng)能電池方面取得了成功，但它會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題，如制造成本增加、均勻性和可重復(fù)性不理想等，可能會(huì)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(yáng)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(guò)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(guò)程中，溶液會(huì)在氧化銦錫襯底上自組裝。當(dāng)鈣鈦礦結(jié)晶時(shí)，它們形成堅(jiān)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(rùn)濕性問(wèn)題，而且通過(guò)同時(shí)創(chuàng)建空穴選擇層和鈣鈦礦光吸收劑來(lái)簡(jiǎn)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(diǎn)工作1200小時(shí)后，仍能保持其初始效率的90%以上。其效率可與市場(chǎng)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(tuán)隊(duì)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(kuò)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(dāng)。

研究人員說(shuō)，“通過(guò)引入這種創(chuàng)新的方法，我們希望通過(guò)提出一種更直接的方法來(lái)制造高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，并有可能加速將它們推向市場(chǎng)的過(guò)程，從而為鈣鈦礦研究界做出貢獻(xiàn)。”

未來(lái)，研究小組計(jì)劃進(jìn)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。