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科技日报记者 金凤 通讯员 杨芳
钙钛矿材料因性能优异、成本低廉等突出特点，是当前光伏领域发展的重要方向之一。近日，南京工业大学科研团队联合我国相关学者在钙钛矿薄膜制备领域取得突破，首次实现了丝网印刷钙钛矿油墨和薄膜的可控制备，并首次制备出高效稳定的全丝网印刷的钙钛矿光伏器件。成果于11月10日在国际权威学术期刊《自然》在线发表。
钙钛矿薄膜沉积有旋涂法、刮涂法、喷墨印刷和丝网印刷等方法，其中，丝网印刷是指利用丝网镂孔版和印料，经刮印得到图形，具有工艺简单、效率高、图案化易、成本低等优点，被认为是钙钛矿太阳能电池产业化的理想技术。
“此前，采用丝网印刷技术可以制备钙钛矿器件的电子传输层、空穴传输层和电极层，但钙钛矿活性层一直无法用丝网印刷技术制备。”论文共同通讯作者、南京工业大学柔性电子（未来技术）学院副院长陈永华介绍。
“丝网印刷制备钙钛矿活性层一直是科学界的难题，因为现有的低黏度有机溶剂体系难以应用于丝网印刷制备钙钛矿薄膜，限制了低成本丝网印刷钙钛矿光伏器件的发展。”论文共同第一作者陈畅顺介绍，低黏度的溶剂很难印刷厚约400-500纳米的钙钛矿薄膜，限制了低成本丝网印刷钙钛矿光伏器件的发展。
如何解决丝网印刷制备钙钛矿活性层薄膜制备难题？“我们首次制备出了黏度可控、组分可调、空气稳定的离子液体钙钛矿印刷油墨，实现了丝网印刷，并实现了对薄膜厚度、面积和不同基材上的图案控制。”论文共同第一作者陈健鑫说。
据悉，此次研究中，团队开发出的丝网印刷钙钛矿光伏器件的光电转化效率为20.52%、全丝网印刷钙钛矿光伏器件的效率为14.98%，全丝网印刷钙钛矿光伏组件为11.80%。未封装的器件在最大功率点恒定光照300小时后，保持其初始效率的96.75％。丝网印刷图案化的钙钛矿薄膜，实现了每秒超过20厘米的印刷速率和接近100%的原料利用率。
“钙钛矿电池在空气中的稳定性不好，怕湿、容易被氧化，需要在手套箱内完成，但用丝网印刷技术制备钙钛矿薄膜及器件，就可以在空气中制备了，这将有利于推动钙钛矿电池的产业化应用。”陈永华说。
