南京工業大學最新Nature!

一、【導讀】

鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的潛在優勢之一是能夠對前體進行溶液處理并從溶液中沉積薄膜。目前，已經研究了旋涂、刮刀涂、噴涂、噴墨印刷和槽模印刷來沉積混合鈣鈦礦薄膜。與其他薄膜制造技術相比，絲網印刷具備高圖案靈活性、高生產效率和高成本效益。絲網印刷工藝依賴于油墨的高粘度，能夠在不受基底和圖案限制的情況下制備三維納米薄膜。這種方法能夠實現油墨的突然和良好控制的非接觸轉移，加快產量并消除通過傳統印刷和旋涂工藝制備薄膜中的有害廢物。絲網印刷被認為是PSC工業化最有前途的技術。然而，由于鈣鈦礦油墨的低粘度和不穩定性，通過絲網印刷制備鈣鈦礦薄膜仍然是一個挑戰。

二、【成果掠影】

近日，南京工業大學黃維院士與陳永華教授聯合報道了利用甲基乙酸銨離子液體溶劑制成一個穩定的和粘度可調（40 - 44,000?cP）的的鈣鈦礦墨水并成功進行了絲網印刷。研究人員證明了對鈣鈦礦薄膜的厚度和面積控制，并在不同基底上的圖案化，印刷速度超過20 cm s^-1，油墨使用量接近100%。在環境空氣中使用這種沉積方法，無論濕度如何，獲得了20.52%（0.05?cm²）和18.12%（1?cm²）的最佳效率。最值得注意的是，已經成功地探索了在環境空氣中用一臺機器進行完全絲網印刷的裝置，對應的光伏電池在0.05 cm²、1.00 cm2和16.37 cm²面積上的效率分別為14.98%、13.53%和11.80%，同時在最大功率點下運行300小時后還能保持96.75%的初始效率。相關研究成果以題為“Perovskite solar cells based on screen-printed thin films”發表在知名期刊Nature上。

三、【圖文導讀】

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圖一、鈣鈦礦薄膜的絲網印刷方法示意圖 ? 2022 Springer Nature

圖二、鈣鈦礦油墨和薄膜的絲網印刷 ? 2022 Springer Nature

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圖三、鈣鈦礦薄膜的絲網印刷圖案化 ? 2022 Springer Nature

圖四、基于絲網印刷薄膜的PSCs性能 ? 2022 Springer Nature

四、【前景展望】

研究人員利用甲基乙酸銨離子液體溶劑制成一個穩定的和粘度可調的的鈣鈦礦墨水，分三步成功實現了絲網印刷法制備具有任意形狀的復雜圖案的鈣鈦礦薄膜。基于此，研究人員制造平面異質結、具有n-i-p器件結構的絲網印刷PSCs，在AM1.5G 100 mW cm^-2照明下，獲得了20.52%的PCE，J_SC為23.12 mA cm^-2，V_OC為1140 mV，FF為0.779。最值得注意的是，未封裝的全絲網印刷PSC的PCE在光照下最大功率點連續工作300小時后，仍保留了96.75%的初始PCE，表明全絲網印刷PSC具有良好的穩定性。

文獻鏈接：Perovskite solar cells based on screen-printed thin films (Nature 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-05346-0)