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丝网印刷技术破解钙钛矿光伏产业化难题

2022.11.10

丝网印刷钙钛矿薄膜的技术原理与全丝网印刷器件性能。（研究团队供图）

印刷技术具有成本低、原料利用率高、制备工艺简单等突出优点，是钙钛矿光伏器件产业化的主要发展方向。

日前，南京工业大学团队联合西北工业大学团队通过离子液体醋酸甲胺(MAAc)创造性地制备出长期稳定的钙钛矿印刷油墨，应用于制备图案化的丝网印刷钙钛矿薄膜和全丝网印刷钙钛矿光伏器件。该成果于11月10日在《自然》在线发表。

据悉，这项成果创新性地提出了一种丝网印刷钙钛矿薄膜与器件的解决方案，相关的全丝网印刷器件具有工艺简便、稳定性高等优势，能够以极低成本制备高效稳定的钙钛矿光伏组件，具有显著的产业化前景。

相关研究成果解决了钙钛矿器件放大化面临的科学与技术难题，对光伏领域的发展具有重要的意义。

当前，印刷钙钛矿光伏薄膜及器件工艺多种多样，包括刮涂法、喷墨打印、涂布法、丝网印刷等，其中丝网印刷技术被认为具有工艺简单、效率高、图案化易、成本低等突出优点，是钙钛矿太阳能电池产业化的理想技术。目前，采用丝网印刷技术制备钙钛矿光伏器件的缓冲层和电极已有较多成果报道。

然而，丝网印刷制备钙钛矿活性层一直是科学界的难题，其关键问题是现有的低粘度有机溶剂体系难以应用于丝网印刷制备钙钛矿薄膜，限制了低成本丝网印刷钙钛矿光伏器件的发展。

针对这一难题，该团队首次提出了粘度可控、组分可调、空气稳定的离子液体钙钛矿印刷油墨，用于丝网印刷图案化的钙钛矿薄膜，实现了超过20厘米每秒的印刷速率和接近100%的原料利用率，以“点-线-面”的相转移方式精确地控制钙钛矿薄膜的形貌。

他们通过丝网印刷薄膜的动力学调控和器件结构优化，制备出全丝网印刷钙钛矿光伏器件，一台设备解决全部功能层制备，显著降低了设备需求、技术兼容性和制备成本。开发出效率为20.52%的丝网印刷钙钛矿光伏器件、14.98%的全丝网印刷钙钛矿光伏器件和11.80%的全丝网印刷钙钛矿光伏组件，未封装的器件在最大功率点恒定光照300小时后，保持其初始效率的96.75％。

研究团队称，团队始终瞄准钙钛矿光伏电池的产业化难点，直面印刷钙钛矿薄膜与器件存在的主要问题，创新性地提出了基于离子液体钙钛矿油墨制备丝网印刷薄膜与器件的解决方案，克服了宏量化制备钙钛矿光伏器件的关键难题。经过数年攻关，团队提出了一系列丝网印刷钙钛矿薄膜与器件的前瞻性技术，加速了钙钛矿光伏的产业化进程。

光伏产业钙钛矿

中国科学报

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