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首次制成全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件 推動鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化
2022年11月11日 11:32:19
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：4648
近日,，南京工業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊聯(lián)合我國相關(guān)學(xué)者在鈣鈦礦薄膜制備領(lǐng)域取得突破，首次實現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦油墨和薄膜的可控制備,，并首次制備出高效穩(wěn)定的全絲網(wǎng)印刷的鈣鈦礦光伏器件,。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】鈣鈦礦復(fù)合氧化物具有獨特的晶體結(jié)構(gòu)，尤其經(jīng)摻雜后形成的晶體缺陷結(jié)構(gòu)和性能,，或可被應(yīng)用在固體燃料電池,、固體電解質(zhì)、傳感器,、高溫加熱材料,、固體電阻器及替代貴金屬的氧化還原催化劑等諸多領(lǐng)域，成為化學(xué),、物理和材料等領(lǐng)域的研究熱點,。并且鈣鈦礦材料因性能優(yōu)異、成本低廉等突出特點,，是當(dāng)前光伏領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一,。
近日，南京工業(yè)大學(xué)科研團(tuán)隊聯(lián)合我國相關(guān)學(xué)者在鈣鈦礦薄膜制備領(lǐng)域取得突破,，首次實現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦油墨和薄膜的可控制備,，并首次制備出高效穩(wěn)定的全絲網(wǎng)印刷的鈣鈦礦光伏器件。
鈣鈦礦薄膜沉積有旋涂法,、刮涂法,、噴墨印刷和絲網(wǎng)印刷等眾多方法，其中，絲網(wǎng)印刷技術(shù)一枝獨秀,。較之于其他薄膜制造技術(shù),，絲網(wǎng)印刷技術(shù)具有成本低、原料利用率高,、制備工藝簡單等突出優(yōu)點,，被認(rèn)為是鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)業(yè)化的理想技術(shù)。
采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)可以制備鈣鈦礦器件的各層薄膜,，但絲網(wǎng)印刷制備鈣鈦礦活性層一直是科學(xué)界的難題,，現(xiàn)有的低黏度有機溶劑體系難以應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷制備鈣鈦礦薄膜，限制了低成本絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件的發(fā)展,，使得絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光活性層始終沒有被實現(xiàn),。
研究團(tuán)隊首次提出了黏度可控、組分可調(diào),、空氣穩(wěn)定的離子液體鈣鈦礦印刷油墨,。他們通過離子液體醋酸甲胺(MAAc)創(chuàng)造性地制備出長期穩(wěn)定的和黏度可靠的鈣鈦礦印刷油墨，實現(xiàn)了絲網(wǎng)印刷,，并實現(xiàn)了對薄膜厚度,、面積和不同基材上的圖案控制。
全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦器件是助力鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化的‘硬核’技術(shù),。傳統(tǒng)鈣鈦礦光伏器件制備過程中的五六種程序(工藝流程)需要對應(yīng)五六臺設(shè)備,，而如今，研究團(tuán)隊僅需通過絲網(wǎng)印刷薄膜的動力學(xué)調(diào)控和器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化,，制備出全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件,，成功地實現(xiàn)了“一鍋燉”，一臺設(shè)備解決全部功能層制備,。
他們開發(fā)出效率為20.52%的絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件,、14.98%的全絲網(wǎng)印刷鈣鈦礦光伏器件和11.80%的全絲網(wǎng)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%,。實驗結(jié)果表明，用于絲網(wǎng)印刷圖案化的鈣鈦礦薄膜,，實現(xiàn)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(zhuǎn)移方式精確地控制鈣鈦礦薄膜的形貌。
鈣鈦礦電池在空氣中的穩(wěn)定性不好,，怕濕,、容易被氧化，需要在手套箱內(nèi)完成,，但用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備鈣鈦礦薄膜及器件,，就可以在空氣中制備,，這將有利于推動鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。該項成果于11月10日在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表,。
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