鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其效率高、成本低、可制備成柔性器件等優勢，近年來在光伏領域異軍突起，成為下一代太陽能電池技術的重要候選者。然而，鈣鈦礦薄膜的制備工藝仍面臨諸多挑戰，特別是大面積器件的制備和模塊化生產。傳統方法通常需要使用反溶劑，這不僅會增加制備成本，還會影響器件的穩定性。因此，開發無需反溶劑的印刷技術，以及適用于大面積制備的鈣鈦礦油墨，是實現鈣鈦礦太陽能電池規模化應用的關鍵。

【全印刷鈣鈦礦太陽能電池：邁向規模化應用的橋梁】

全印刷鈣鈦礦太陽能電池技術，是指利用印刷技術制備所有的器件組件，如鈣鈦礦吸收層、電子傳輸層、空穴傳輸層和電極等。全印刷技術具有以下優勢：

l   可擴展性: 可以實現大面積器件的快速制備，降低制造成本，更適合大規模生產。

l   柔性: 可以使用柔性基板，制備成柔性器件，拓寬了應用場景。

l   環境友好: 可以減少溶劑的使用，降低對環境的影響。

然而，全印刷鈣鈦礦太陽能電池也面臨著以下挑戰：

l   薄膜質量: 印刷過程中容易出現薄膜均勻性差、缺陷密度高等問題，影響器件性能。

l   材料兼容性: 需要開發與印刷工藝相兼容的材料，并且保證材料的穩定性和性能。

l   工藝控制: 需要精確控制印刷參數，以獲得高質量的器件。

【揮發性油墨的優勢與挑戰】

揮發性油墨是指使用高揮發性溶劑配制的鈣鈦礦前驅體溶液。揮發性油墨在全印刷鈣鈦礦太陽能電池制備中具有以下優勢：

l   快速成膜: 由于溶劑的快速揮發，可以快速形成薄膜，提高生產效率。

l   減少缺陷: 快速揮發可以減少溶劑的殘留，從而降低缺陷密度。

l   降低成本: 高揮發性溶劑價格相對較低，有利于降低制造成本。

然而，揮發性油墨也面臨著以下挑戰：

l   材料穩定性: 高揮發性溶劑容易導致鈣鈦礦前驅體分解或發生化學反應，影響薄膜質量。

l   結晶控制: 快速揮發會影響鈣鈦礦薄膜的結晶過程，導致薄膜的晶粒尺寸和結晶度難以控制。

l   界面控制: 快速揮發會影響鈣鈦礦層與其他層之間的界面質量，影響電荷傳輸和器件性能。

【前驅體工程：提高全印刷鈣鈦礦太陽能電池效率的利器】

為了克服揮發性溶劑與鈣鈦礦前驅體之間配位能力差的問題，研究人員開發了前驅體工程策略，并成功應用于全印刷鈣鈦礦太陽能電池的制備。

l   單晶前驅體: 預先合成的單晶具有更高的結晶度和純度，可以有效地減少雜質和缺陷，提高薄膜質量。

l   油墨純化: 通過去除油墨中的膠體顆粒，可以抑制膠體誘導的異相成核，促進晶體生長，獲得更大尺寸、更高結晶度的薄膜。

【全印刷鈣鈦礦太陽能電池模塊化制備：未來發展方向】

采用前驅體工程策略制備的 Cs-FA 鈣鈦礦薄膜，其性能優異，在全印刷鈣鈦礦太陽能電池的制備中表現出巨大的優勢。

高效穩定: 該團隊使用該油墨制備的太陽能電池，其功率轉換效率 (PCE) 達到了 19.3%，在 ISOS-L-2I 老化測試 (85 °C/1 Sun) 中，其 T80 (初始 PCE 的 80%) 為 1000 小時。

可擴展性: 該團隊利用該油墨制備了碳電極小型太陽能模塊，其穩定 PCE 達到 16.2%（平均 15.6%），是全印刷鈣鈦礦太陽能模塊的最高記錄，為實現規模化光伏技術邁出了關鍵的一步

【展望】

l   該研究為全印刷鈣鈦礦太陽能電池模塊化制備提供了新的思路，采用前驅體工程策略，解決了揮發性油墨與鈣鈦礦前驅體之間配位能力差的問題，成功制備了高質量的 Cs-FA 鈣鈦礦薄膜，并實現了高性能全印刷鈣鈦礦太陽能電池模塊的制備。

l   研究團隊: 該研究由德國FAU i-MEET Prof. Dr. Christoph J. Brabec 教授團隊與 FAU.Dr. Hans-Joachim Egelhaaf 合作完成。Prof. Dr. Christoph J. Brabec 教授是有機光伏領域專家，他領導的團隊在鈣鈦礦太陽能電池研究領域取得了顯著成果，在材料合成、器件制備、性能表征和理論模擬方面都做出了重要貢獻。*

l   這項研究為鈣鈦礦太陽能電池的商業化應用奠定了重要基礎，未來，研究人員將繼續探索更優異的材料和工藝，實現更高效率、更穩定、更可擴展的全印刷鈣鈦礦太陽能電池，為綠色能源的發展做出更大的貢獻。

參考文獻

Precursor-Engineered Volatile Inks Enable Reliable Blade-Coating of Cesium–Formamidinium Perovskites Toward Fully Printed Solar Modules Adv. Sci. 2024, 2401783.

【本研究參數圖】

Fig 2.   f) 太陽能電池的 JV 曲線，均以 100 mV s-1 的速度反向掃描測量。g) 在 MPP 電壓下電池的隨時間變化的光電流和相應的 PCE。 h) 兩種太陽能電池的 EQE 光譜和綜合 JSC。老化試驗在 85 ± 5 °C 的充氮箱中進行，由帶紫外線濾光片的金屬鹵化物燈提供 1 個太陽當量的光照。當溫度達到 85 ℃ 時，每個器件的 PCE 都歸一化為相應的值。

Fig 3.  e) 在氣淬處理的第 6 秒、第 8 秒、第 12 秒、第 20 秒和第 30 秒時的 PL 光譜

Fig 4. i) 從繪圖測量中提取的區域平均光響應。 j) 從粉末混合墨水和單晶墨水中提取的包晶薄膜的 X 射線衍射圖樣。） (001) 衍射峰的放大圖像。

Fig 5. a) 印刷的珍珠巖微型太陽能模塊的互連示意圖。 c) PCE微型太陽能模塊的 JV 曲線（反向掃描方向測量）和 MPP。d) 在 MPP 下測量的模塊的光電流和穩定 PCE。 e) 從 12 個微型太陽能模塊中測量的穩定 PCE 的統計數據。 f) 帶有碳對電極的無真空全印刷太陽能模塊的 PCE 與有效面積的關系匯總。

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文獻參考自 ADVANCED SCIENCE  DIO:10.1002/advs.202401783

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