新型绿色溶剂有助于扩大基于钙钛矿的串联太阳能电池的制造规模

Josiah02

近年来，工程师们一直在努力开发替代光伏 (PV) 技术，该技术比基于硅的太阳能电池更经济、更具可扩展性，同时还具有良好的能量转换效率并能长期保持这些效率。
这些新兴的光伏技术包括基于钙钛矿的串联太阳能电池，它由两层（即子电池）组成，这些层具有互补的光吸收特性，相互堆叠。
虽然这些太阳能电池实现了良好的能量转换效率，但为了大规模部署而不损害环境，这些电池需要含有环保溶剂。值得注意的是，迄今为止制造的大多数绿色溶剂在应用于宽带隙钙钛矿时都是无效的，因此迄今为止使用这些材料制造串联太阳能电池依赖于基于 N,N-二甲基甲酰胺 (C 3 H 7 NO)的有毒溶剂。
南京大学等科研机构的研究人员发明了一种新型绿色溶剂，可以有效溶解钙钛矿中的铯和溴化物盐，因此非常适合制造宽带隙和窄带隙钙钛矿基串联太阳能电池。这种溶剂发表在《自然能源》杂志上，含有二甲基亚砜、乙腈和乙醇。
论文共同作者柯晓告诉 Tech Xplore：“在之前的研究中，我们团队在全钙钛矿串联模块中达到了24.5% 的高性能，这显示出巨大的商业化潜力。”
“考虑到制造过程中的环境和健康安全仍然是未来可扩展大规模生产的最重要问题，传统钙钛矿溶剂的有毒挥发性质决定了它们在工业生产中难以管理。”
肖和他的同事进行这项研究的主要目的是找到一种相对安全、无毒的溶剂系统，以减少钙钛矿太阳能电池生产产生的有毒废物。
他们发明的溶剂由二甲基亚砜和乙腈组成，这两种化学物质可以溶解铯和溴化物盐，还有乙醇，可以防止引发钙钛矿化学反应的化合物降解。
“在我们最近的工作中，我们使用氮气吹辅助刮涂法制备大面积宽带隙钙钛矿薄膜，”肖解释说。
“这项新工作最显著的成果是提出了一种适用于宽带隙钙钛矿可扩展制造的绿色溶剂体系。该溶剂体系不仅与不同的宽带隙钙钛矿兼容，而且与窄带隙钙钛矿兼容，这意味着该溶剂体系未来可广泛应用于各种类型的串联电池。”
研究人员利用他们开发的绿色溶剂制造了叶片涂层宽带隙钙钛矿太阳能电池。在初步测试中，这些太阳能电池表现良好，实现了 19.6%（1.78 eV）和 21.5%（1.68 eV）的功率转换效率。
然后，他们利用这些电池制造出 20.25 cm 2全钙钛矿串联太阳能电池组件，实现了 23.8% 的更高能量转换效率。未来，这种新溶剂可以进一步测试并用于制造其他太阳能电池组件，有望为基于钙钛矿的环保型串联太阳能电池大规模制造做出贡献。
“在接下来的研究中，我们计划继续努力降低成本并提高全钙钛矿 串联模块的效率，因为这对工业化非常重要，”肖补充道。“既然我们已经确定了绿色溶剂系统，下一步将是在环境空气中实现更大面积的制造，以避免使用多余的手套箱。”