钙钛矿太阳能电池：真空处理或许是商业化的捷径

近十年来，钙钛矿-硅串联太阳能电池展现出了惊人的发展。研究表明，其效率超过33%，远远超过传统硅基太阳能电池。然而，这项技术尚未进入市场。其中一个主要挑战是如何大规模生产钙钛矿太阳能电池的最佳工艺。虽然全球实验室中广泛使用溶剂法制造过程，但真空蒸发沉积工艺仍然是光伏薄膜或有机发光二极管（OLED）的标准生产工艺。

美国国家可再生能源实验室（NREL）和卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）领导的国际学术和工业合作团队最近发表了一项比较研究，揭示了这些生产工艺在科学讨论中的重大差异。KIT微结构技术研究所和光技术研究所的终身教授乌尔里希·W·佩茨尔德解释说：“2022年，98％的所有科学研究涉及溶剂法制造过程。另一方面，真空蒸发沉积工艺在工业中已经证明其自身价值数十年。尽管它们可以决定性地推进太阳能电池的商业化，但它们在科学研究中的地位却相对较低。”

溶剂法制造使用了在溶剂中溶解的有机和无机盐类的油墨。这些油墨可以通过各种印刷技术沉积在基板表面上。另一方面，真空法制造则采用干燥和无溶剂的工艺。材料在真空中经过加热升华，并在基板表面凝结。也可以将两种工艺结合用于生产钙钛矿太阳能电池。

在他们的研究中，作者分析了这两种方法的优缺点。溶剂法在研究中的主导地位主要是由于其在实验室中易于使用，在实验条件下效率高且成本低。可扩展的卷对卷生产，如报纸印刷中使用的方式，是可能的。

真空法生产涉及略高的投资成本。沉积速率仍然低于溶剂法研究生产的速率。然而，作者提出了多种解决方案，并得出结论，从能源成本、生产产量、材料成本、退役成本和回收成本等实际参数来看，真空法技术具有竞争力。沉积质量的良好重现性、易于控制的工艺、工业工艺设备的可用性以及从小型实验室尺度太阳能电池到应用相关产品领域的易扩展性使真空法生产在商业化方面非常具有吸引力。 “真空法制造的表现比其声誉更好，” Tobias Abzieher说。因此，作者们并不奇怪地发现，工业界对用于生产钙钛矿太阳能电池的真空法工艺已经表现出极大的兴趣，尽管它们与主要用于研究的方法有所不同。

为了充分利用真空法工艺的规模效应，研究人员表示需要进一步改进。研究沉积质量以提高效率至关重要。此外，需要显著增加沉积速率。NREL的David Moore补充道：“蒸发沉积不仅是工业在推出新薄膜产品时的首选，我们的分析显示它在成本上也可以与溶液沉积竞争。”