絲網印刷技術破解鈣鈦礦光伏產業化難題

絲網印刷鈣鈦礦薄膜的技術原理與全絲網印刷器件性能。（研究團隊供圖）

印刷技術具有成本低、原料利用率高、制備工藝簡單等突出優點，是鈣鈦礦光伏器件產業化的主要發展方向。

日前，南京工業大學團隊聯合西北工業大學團隊通過離子液體醋酸甲胺(MAAc)創造性地制備出長期穩定的鈣鈦礦印刷油墨，應用于制備圖案化的絲網印刷鈣鈦礦薄膜和全絲網印刷鈣鈦礦光伏器件。該成果于11月10日在《自然》在線發表。

據悉，這項成果創新性地提出了一種絲網印刷鈣鈦礦薄膜與器件的解決方案，相關的全絲網印刷器件具有工藝簡便、穩定性高等優勢，能夠以極低成本制備高效穩定的鈣鈦礦光伏組件，具有顯著的產業化前景。

相關研究成果解決了鈣鈦礦器件放大化面臨的科學與技術難題，對光伏領域的發展具有重要的意義。

當前，印刷鈣鈦礦光伏薄膜及器件工藝多種多樣，包括刮涂法、噴墨打印、涂布法、絲網印刷等，其中絲網印刷技術被認為具有工藝簡單、效率高、圖案化易、成本低等突出優點，是鈣鈦礦太陽能電池產業化的理想技術。目前，采用絲網印刷技術制備鈣鈦礦光伏器件的緩沖層和電極已有較多成果報道。

然而，絲網印刷制備鈣鈦礦活性層一直是科學界的難題，其關鍵問題是現有的低粘度有機溶劑體系難以應用于絲網印刷制備鈣鈦礦薄膜，限制了低成本絲網印刷鈣鈦礦光伏器件的發展。

針對這一難題，該團隊首次提出了粘度可控、組分可調、空氣穩定的離子液體鈣鈦礦印刷油墨，用于絲網印刷圖案化的鈣鈦礦薄膜，實現了超過20厘米每秒的印刷速率和接近100%的原料利用率，以“點-線-面”的相轉移方式精確地控制鈣鈦礦薄膜的形貌。

他們通過絲網印刷薄膜的動力學調控和器件結構優化，制備出全絲網印刷鈣鈦礦光伏器件，一臺設備解決全部功能層制備，顯著降低了設備需求、技術兼容性和制備成本。開發出效率為20.52%的絲網印刷鈣鈦礦光伏器件、14.98%的全絲網印刷鈣鈦礦光伏器件和11.80%的全絲網印刷鈣鈦礦光伏組件，未封裝的器件在最大功率點恒定光照300小時后，保持其初始效率的96.75％。

研究團隊稱，團隊始終瞄準鈣鈦礦光伏電池的產業化難點，直面印刷鈣鈦礦薄膜與器件存在的主要問題，創新性地提出了基于離子液體鈣鈦礦油墨制備絲網印刷薄膜與器件的解決方案，克服了宏量化制備鈣鈦礦光伏器件的關鍵難題。經過數年攻關，團隊提出了一系列絲網印刷鈣鈦礦薄膜與器件的前瞻性技術，加速了鈣鈦礦光伏的產業化進程。