一種新的、更簡(jiǎn)單的制備穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的解決方案，克服了這種有前景的可再生能源技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸。

"我們的工作為在不久的將來(lái)低成本、高通量的大規(guī)模太陽(yáng)能模塊的商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)鋪平了道路，"洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室集成納米技術(shù)中心的研究科學(xué)家研究員、該論文的通訊作者聶萬(wàn)一說(shuō)，該論文今天發(fā)表在Joule雜志上。"我們能夠通過(guò)兩個(gè)微型模塊來(lái)證明這種方法，它們達(dá)到了將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電力的最高水平，并大大延長(zhǎng)了工作壽命。由于這個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)單易行且成本低，我們相信它可以很容易地適應(yīng)工業(yè)環(huán)境中的可擴(kuò)展制造。"

該團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種使用液態(tài)溶劑環(huán)丁砜的一步旋轉(zhuǎn)涂層方法。由洛斯阿拉莫斯和國(guó)立大學(xué)(NTU)的研究人員合作完成的這個(gè)新工藝，使他們能夠生產(chǎn)出高產(chǎn)、大面積的光伏設(shè)備，這些設(shè)備能高效地利用陽(yáng)光發(fā)電。這些鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也有很長(zhǎng)的使用壽命。

“我們對(duì)這一成果感到非常興奮，”南洋理工大學(xué)研究小組的首席研究員、通訊作者之一王利益教授說(shuō)，“這是一條廣泛應(yīng)用于富鈣鈦礦材料家族的新合成路線。”這篇論文的第一作者、南洋理工大學(xué)的研究生黃新祥說(shuō):“我們已經(jīng)實(shí)施了新的化學(xué)技術(shù)，將其推向技術(shù)相關(guān)的演示。”

幾十年來(lái)，鈣鈦礦光電被看作是市場(chǎng)上常見的硅基光電的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，在過(guò)去的十年里，鈣鈦礦光電一直是備受期待的新興技術(shù)。由于缺乏解決該領(lǐng)域重大挑戰(zhàn)的解決方案，商業(yè)化一直受到阻礙:將高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池模塊的生產(chǎn)從工作臺(tái)到工廠車間的規(guī)模化。

該研究報(bào)告提出了一種新的制備方法，即在鈣鈦礦前驅(qū)體中引入環(huán)丁砜作為添加劑，或通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成鈣鈦礦晶體的液體材料。與其他制造方法一樣，該晶體隨后沉積在基片上。

通過(guò)一種簡(jiǎn)單的浸漬方法，該團(tuán)隊(duì)能夠在兩個(gè)微型模塊中沉積均勻、高質(zhì)量的鈣鈦礦晶體薄膜，其中一個(gè)大約16平方厘米，另一個(gè)近37平方厘米，覆蓋了一個(gè)很大的活動(dòng)區(qū)域。在整個(gè)光伏組件區(qū)域制造均勻的薄膜對(duì)器件的性能至關(guān)重要。

微型模塊的功率轉(zhuǎn)換效率分別為17.58%和16.06%。這些效率是迄今為止報(bào)告的最高可實(shí)現(xiàn)的效率之一。能量轉(zhuǎn)換效率是衡量陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的有效程度。

對(duì)于其他鈣鈦礦制造方法，工業(yè)化規(guī)模制造的主要障礙之一是它們狹窄的加工窗口，即薄膜可以在基片上鋪設(shè)的時(shí)間。為了得到均勻的晶體膜，并與下面的層很好地結(jié)合，沉積過(guò)程必須在幾秒鐘內(nèi)被嚴(yán)格控制。

在鈣鈦礦前體中使用環(huán)丁砜將加工窗口從9秒延長(zhǎng)到90秒，在大面積形成高度結(jié)晶的致密層，同時(shí)較少依賴于加工條件。

環(huán)丁砜法可以很容易地適應(yīng)于現(xiàn)有的工業(yè)制造技術(shù)，這有助于為商業(yè)化鋪平道路。

鈣鈦礦是一種具有特定晶體結(jié)構(gòu)的材料，類似于鈣鈦礦礦物。鈣鈦礦可以被制造成極薄的薄膜，這使得它們可以用于太陽(yáng)能光伏電池。