一個國際研究團(tuán)隊利用噴墨打印工藝制造了甲脒錫鉛 (Sn-Pb) 鈣鈦礦薄膜，用于鈣鈦礦太陽能電池制造。

“這項研究代表著通過噴墨打印技術(shù)開發(fā)低鉛環(huán)保鈣鈦礦太陽能電池的重大進(jìn)步。我們由 Eva Unger 教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊致力于優(yōu)化噴墨打印工藝，以確保精確的薄膜沉積并提高設(shè)備性能，”第一作者 Ayush Tara 告訴《光伏》雜志。“這項研究為環(huán)保、可擴展且高效的太陽能解決方案開辟了新途徑。”

該團(tuán)隊選擇噴墨打印技術(shù)來制備混合甲脒錫鉛 (Sn-Pb) 薄膜，是因為該技術(shù)“設(shè)計靈活”，能夠“精確調(diào)整有機鹵素鈣鈦礦層的結(jié)晶特性”，而且控制程度高。與旋涂法相比，該技術(shù)還被認(rèn)為是一種高通量制造方法，旋涂法可以制造出高性能的實驗室級設(shè)備，但缺乏規(guī)模化潛力。

研究人員準(zhǔn)備了過濾的前體鈣鈦礦墨水溶液，然后將其填充到德國 Süss Microtec 提供的工具中的 Pixdro LP50 噴墨打印頭中。這是一個 Spectra SE128 打印頭，液滴大小為 30 pL。他們解釋說，墨水保持在 60 C 的墨頭溫度下，打印是在打印頭電壓為 80 V 和噴射頻率為 100 Hz 的情況下進(jìn)行的，該打印應(yīng)用于移動基板。他們說：“在打印分辨率為 500 dpi、質(zhì)量因數(shù)為 4、打印速度為 100 mm/s 和滴速為 4m/s 時可獲得最佳效果。”

印刷后，對基板進(jìn)行氣流輔助真空干燥處理，然后在 100 C 下進(jìn)行 10 分鐘的熱退火。測試結(jié)果表明，“將高達(dá) 50% 的 Pb 摻入 FASnI3 薄膜中可提高晶格穩(wěn)定性。”性能最佳的組合物是有效面積為 0.16 cm2、功率轉(zhuǎn)換效率為 10.26% 且能帶隙為 1.25 eV 的太陽能電池。

該團(tuán)隊補充說，根據(jù)他們的知識，該性能代表了迄今為止通過噴墨打印生產(chǎn)的混合錫鉛基鈣鈦礦太陽能電池的最高效率。“此外，這些電池的吸收光譜延伸到 1000 nm 以上，對應(yīng)于 1.25 eV 的帶隙，”科學(xué)家指出，強調(diào)其適合作為全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池窄帶隙子電池的候選材料。“結(jié)果表明，噴墨打印可以有效提高錫鉛基 PSC 的效率，支持設(shè)備制造的可擴展性，”他們總結(jié)道。

該研究為進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。“下一個目標(biāo)是開發(fā)大面積噴墨打印的錫鉛鈣鈦礦太陽能電池，并最終將它們集成為全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池的底部電池，”塔拉說。

研究工作細(xì)節(jié)發(fā)表在《ACS 應(yīng)用材料與界面》雜志上的《噴墨打印的 FASn?–?Pb?I? 基鈣鈦礦太陽能電池》上。研究團(tuán)隊包括來自德國亥姆霍茲-柏林研究機構(gòu)、印度孟買理工學(xué)院和印度查謨大學(xué)的研究人員。