高性能太阳能电池的低能耗工艺可以简化制造过程

在我们的世界努力应对日益增长的能源需求和应对气候变化的迫切呼声之际，寻找可靠、环保的能源至关重要。太阳能提供了一种解决方案，科学家们设计出了更有效的材料来捕获阳光。

钙钛矿太阳能电池已成为传统硅太阳能电池的有前途的替代品，具有许多优点。但加工材料是一件复杂的事情。

现在，加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员开发出了一种在室温下制造高质量钙钛矿薄膜的方法。该团队的创新不仅简化了生产流程，还将材料效率从不足20%提高到24.4%。详细信息发表在《焦耳》杂志上。

钙钛矿是一类以其特定晶体结构为特征的材料，以同名矿物为例。与硅基太阳能电池相比，由这种材料制成的太阳能电池具有许多优点。它们重量轻、柔韧，可以喷涂或像墨水一样印刷。钙钛矿太阳能电池的生产还具有比硅光伏发电更小的碳足迹的潜力，硅光伏发电需要高温和洁净室环境。

也就是说，生产这些电池需要高温退火和棘手的后处理步骤，显着减慢了制造速度，并使其难以融入日常用品中。这些因素阻碍了钙钛矿在大规模制造中的采用，并使其不太环保。

通过微调材料的化学成分，作者开发了一种钙钛矿墨水，可以更有效地制造高质量薄膜。

“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，”共同主要作者、加州大学圣巴巴拉分校的博士后研究员AhraYi说。更简单的制造技术还可以更好地与标准制造工艺相结合，并减少总体能源消耗，从而降低二氧化碳排放量。

更重要的是，新材料的性能优于采用高温工艺制造的电池。“我们优化的钙钛矿太阳能电池实现了24.4%的显着效率，超过了之前的极限，室温加工器件的效率低于20%，”共同主要作者、加州大学圣巴巴拉分校博士生SangminChae说道

新手术也非常温和。为了证明这一点，该团队在新鲜叶子上制备了钙钛矿层，这是以前的高温工艺不可能实现的壮举。“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，”易说。

这种多功能性开辟了广泛的可能应用。它非常适合灵活的室内和室外发电。

“通过我们的方法，我们现在可以考虑开发具有自由形状设计的高效太阳能电池，能够为不断增加的可穿戴电子产品、传感器、显示器、安全摄像头、物联网(IoT)设备等提供动力。等等，”资深作者、加州大学圣巴巴拉分校聚合物和有机固体中心主任Thuc-QuyenNguyen教授说。