【儀表網 研發快訊】鈣鈦礦太陽能電池不斷提高的能量轉換效率對于光伏行業的發展具有重要意義。金屬有機-無機雜化鈣鈦礦材料因其出色的光電性質成為鈣鈦礦太陽能電池的關鍵組成部分。然而，相比于旋涂制備，印刷方法(如刮涂、狹縫涂布等)涂膜過程中的流變學行為更為復雜，對薄膜結晶過程缺乏精細調控，導致薄膜形貌較差，進而限制了印刷制備的光伏器件光電轉換效率的提升。因此，設計適用于印刷制備的鈣鈦礦前驅體墨水對提升器件性能有著重要的意義。
在國家自然科學基金委、科技部、中國科學院和北京分子科學國家研究中心的支持下，化學所綠色印刷實驗室宋延林研究員、喬雅麗研究員團隊聚焦鈣鈦礦型太陽能器件由旋涂小面積到刮涂大面積器件與模組制備中性能降低的普遍問題，通過對印刷過程中大面積鈣鈦礦薄膜的結晶動力學與取向調控，獲得了高質量鈣鈦礦薄膜并用于構筑高效鈣鈦礦光伏器件。提出通過設計適用于印刷制備的鈣鈦礦前驅體墨水，調控刮涂過程中的溶劑去除速率；同時，結合微結構界面對鈣鈦礦薄膜結晶取向的誘導，在印刷制備鈣鈦礦光伏器件方面取得了系列研究進展(Angew.Chem. Int. Ed. 2023,62,e202300971;Adv. Mater.2024,36,2408448;Nano Energy2021,89,106384)。
近期，該團隊通過在鈣鈦礦前驅體墨水中設計制備各向異性的鈣鈦礦膠束，刮涂制備了高效的鈣鈦礦光伏器件。相比于各向同性的球形膠束，各向異性的橢球形膠束在膠束間范德華力和涂膜彎液面中的液流的共同作用下，在所沉積的薄膜中展現出取向更好的堆積方式，有效提升了刮涂制備鈣鈦礦薄膜的結晶質量。基于各向異性膠束的前驅體溶液制備的鈣鈦礦光伏器件在孔徑面積為0.09cm2和13.94cm2的孔徑面積分別實現了24.31%和21.67%(經認證為21.37%)的光電轉換效率。該工作展示了針對印刷制備方法設計鈣鈦礦前驅體墨水的重要性，并揭示了前驅體溶液中膠束行為對所成薄膜的影響規律，為印刷制備高性能鈣鈦礦光伏器件提供了新思路。相關研究成果近日發表于Advanced Materials期刊上(Adv. Mater.2025,DOI: 10.1002/adma.202418790)。第一作者為博士研究生楊永瑞，吳晶晶、張堃和汪洋為共同第一作者，通訊作者是宋延林研究員、喬雅麗研究員、中國科學院高能物理研究所陳雨副研究員。
通過含有各向異性膠束的前驅體墨水印刷制備高質量鈣鈦礦薄膜
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