为大规模生产太阳能电池而开发的创新印刷方法

由于研究人员已经清除了开发新型太阳能设备的关键制造障碍，因此印刷太阳能电池可能很快就会像印刷报纸一样简单且便宜。

Hairen Tan博士和他的团队在开发一种称为钙钛矿太阳能电池的相对较新的太阳能设备方面扫清了关键的制造障碍。研究人员说，这种替代的太阳能技术可能会导致低成本，可印刷的太阳能电池板，能够将几乎任何表面变成发电机。

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“规模经济大大降低了硅制造的成本。钙钛矿太阳能电池可以使我们使用印刷行业已经建立的技术，以非常低的成本生产太阳能电池，”加拿大多伦多大学的Ted Sargent说。

萨金特说: “钙钛矿和硅电池可以结合起来，以进一步提高效率，但前提是低温工艺的进步。”如今，几乎所有商用太阳能电池都是由晶体硅薄片制成的，必须将其加工成非常高的纯度。这是一个能源密集型过程，需要高于1,000摄氏度的温度和大量有害溶剂。

相比之下，钙钛矿太阳能电池依赖于一层由低成本、光敏材料制成的微小晶体 -- 每个晶体的宽度比人发的宽度小约1,000倍。由于钙钛矿原料可以混合到液体中以形成一种 “太阳能墨水”，因此可以使用简单的喷墨印刷工艺将其印刷到玻璃，塑料或其他材料上。

但是，到目前为止，还存在一个陷阱-为了发电，必须从晶体中提取由太阳能激发的电子，以便它们可以流过电路。提取发生在称为电子选择层 (ESL) 的特殊层中。

制造良好的ESL的困难一直是阻碍钙钛矿太阳能电池器件发展的关键挑战之一。“制作ESLs最有效的材料从粉末开始，必须在500摄氏度以上的高温下烘烤，” 谭海仁博士说。他补充说: “你不能把它放在柔性塑料片上或完全制造的硅电池上 -- 它只会融化。”

Tan和他的同事开发了一种新的化学反应，使他们能够在溶液中直接在电极顶部生长由纳米颗粒制成的ESL。尽管仍然需要加热，但该过程始终保持在150摄氏度以下，比许多塑料的熔点低得多。

新的纳米颗粒涂有一层氯原子，这有助于它们与顶部的钙钛矿层结合-这种牢固的结合可以有效地提取电子。研究人员报告说，使用新方法制造的太阳能电池的效率为20.1。

这项研究发表在《科学》杂志上。