低能耗工艺用于高性能太阳能电池

加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员开发了一种制备高质量钙钛矿薄膜的方法，该方法可以在室温下制备。他们的创新不仅简化了生产过程，还将材料的效率从20%提高到24.4%。这项研究成果发表在《Joule》杂志上。

钙钛矿是一类特定晶体结构的材料，由矿物同名的特定晶体结构特征所定义。与基于硅的太阳能电池相比，由此材料制成的太阳能电池具有许多优势。它们重量轻，柔韧，并且可以像喷涂或印刷油墨一样应用。而且，与需要高温和无尘室环境的硅光伏电池相比，钙钛矿太阳能电池的生产潜力对环境的影响更小。

然而，目前生产这些电池涉及高温退火和复杂的后处理步骤，这显著减缓了制造速度，并使其难以应用于日常物品中。这些因素阻碍了钙钛矿在大规模制造中的应用，并使其环保性较低。

通过微调材料的化学组成，研究人员开发出了一种钙钛矿油墨，可以更有效地制备高质量薄膜。研究的共同第一作者、加州大学圣塔芭芭拉分校的博士后研究员Ahra Yi表示：“我们的方法遵循与传统方法相同的程序，只是省略了两个最耗时的步骤：热退火和后处理。”这种简化的制造技术也更好地适用于标准制造流程，并降低了总能源消耗，从而降低了二氧化碳排放量。

此外，新材料的性能优于使用高温工艺制备的电池。加州大学圣塔芭芭拉分校的博士生Sangmin Chae表示：“我们优化的钙钛矿太阳能电池实现了24.4%的显著效率”，“超过了先前室温处理设备低于20%的限制。”

新工艺也非常温和。为了证明这一点，该团队在新鲜叶子上制备了一层钙钛矿层，这在以前的高温工艺下是不可能的。Yi说：“我们认为这个选择既引人注目又具有象征意义，因为太阳能电池模仿了叶子的光合作用过程。”

这种多功能性打开了广泛的可能应用范围。它非常适合灵活的室内和室外能源生成。加州大学圣塔芭芭拉分校聚合物和有机固体中心主任、本研究的资深作者Thuc-Quyen Nguyen教授说：“通过我们的方法，我们现在可以考虑开发设计自由形式、能够为不断增加的可穿戴电子设备、传感器、显示器、安全摄像头、物联网设备等供电的高效太阳能电池。”