Los Alamos为大规模生产钙钛矿光伏铺平道路

美国团队展示了环丁砜添加剂易于制造，成本低，性能高而且使用寿命长

钙钛矿太阳能电池前景广阔，但是在过去的十多年里，仍无法突破大规模生产和商业化的瓶颈。而这种制造钙钛矿太阳能电池的新型解决方案不仅克服了瓶颈，而且以更简单的工艺生产更稳定的钙钛矿太阳能电池。

"我们的工作为将来低成本、高通量的大规模太阳能模块的商业规模生产铺平了道路，"Los Alamos国家实验室集成纳米技术中心的研究科学家研究员、该论文的通讯作者Wanyi Nie说，该论文发表在Joule杂志上。"我们能够通过两个微型模块论证这种方法，它们达到了将阳光转化为电能的冠军水平，并大大延长了使用寿命。由于这个过程简单易行且成本低，我们相信它可以轻松地适应工业环境中的可扩展制造。"

该小组利用液态溶剂环丁砜 ((CH₂)₄SO₂)发明了一步旋涂法。新工艺使Los Alamos和台湾国立大学（NTU）的研究人员合作生产出高产量，大面积的光伏器件，这些器件可以高效地利用太阳光发电。而且这些钙钛矿太阳能电池还具有较长的使用寿命。

"我们对这一成果感到兴奋，"台大课题组的主要研究者、相应作者之一的Leeyih Wang教授说，"这是一种新的合成途径，广泛适用于富钙钛矿材料家族。" 台大研究生、本文第一作者Hsin-Hsiang Huang说："我们实施了新的化学方法，将其推向技术上相关的示范。"

钙钛矿光伏技术几十年来一直被视为熟悉的硅基光伏技术的竞争对手，在过去十年中，钙钛矿光伏技术已成为备受期待的新兴技术。由于该领域瓶颈一直缺乏解决方案，因此阻碍了商业化进程：将高效钙钛矿太阳能电池模块的生产从台面扩大到工厂车间。

该研究论文展示了一种新的制造方法，即将环丁砜作为添加剂添加到钙钛矿前体中，或通过化学反应生成钙钛矿晶体的液体材料中。然后与其他制造方法一样，将该晶体沉积在衬底上。

通过简单的浸渍方法，该团队能够在两个微型模块（一个约16平方厘米，另一个约37平方厘米）中沉积出均匀的高质量钙钛矿晶体薄膜，该薄膜覆盖了较大的活性区域。在整个光伏组件的区域上制造均匀的薄膜对于器件性能至关重要。

图片显示了新的浸渍工艺。

迷你模块的功率转换效率分别达到17.58%和16.06%。这些效率是迄今为止报道的最高可实现效率之一。功率转换效率是衡量太阳光有效转化为电能的方式。

对于其他钙钛矿制造方法来说，工业化规模制造的主要障碍之一是其狭窄的加工窗口，即在基板上铺设薄膜的时间。为了得到均匀的结晶薄膜，并与下一层很好地结合，沉积过程必须严格控制在几秒钟内。

在钙钛矿前体中使用环丁砜可将加工窗口从9秒延长至90秒，从而在较大面积上形成高度结晶的致密层，对加工条件的依赖性较小。

环丁砜方法可以轻松地适应现有的工业制造技术，有助于铺平商业化的道路。

钙钛矿是具有类似于矿物钙钛矿的特定晶体结构的材料。钙钛矿可以在极薄的薄膜中进行工程设计和制造，这使得它们可用于太阳能光伏电池。

参考阅读：

'A simple one-step method with wide processing window' by Hsin-Hsiang Huang et al; Joule, March 18, 2021

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