研究人员开发出一种低成本、节能的技术，可在工业规模上生产钙钛矿光伏材料。
通过在旋涂技术中加入共溶剂，他们发现这一工艺产生的废料和其他有毒副产物有所减少。
由于许多制造商已经拥有旋涂技术，这项新技术将有助于大规模生产钙钛矿太阳能电池，同时降低成本。
研究人员展示了一种可在工业规模上生产钙钛矿光伏材料的技术，有望降低成本并提升大规模生产的钙钛矿太阳能电池的性能。
这项技术成本低、操作简单且节能，有望为钙钛矿太阳能电池的制造铺平道路。钙钛矿之所以受到太阳能电池领域的关注，是因为它的光吸收效率很高。这使得人们能够制造轻质、柔性的太阳能电池，并将其融入多种技术，例如建筑物或车辆的窗户。
“在实验室里，研究人员采用一种名为旋涂的技术生产钙钛矿光伏材料，在基底上形成一层钙钛矿薄膜，但规模很小，”该研究论文的共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学材料科学与工程教授 Aram Amassian 说。
“我们说的是面积只有一两平方厘米的样品基底。然而，人们认为不可能将旋涂扩大到制造规模，使用面积达几十平方厘米的基底。因此，人们选择了各种其他方法。但这些方法生产的钙钛矿光伏器件性能不如旋涂制成的薄膜，而且需要大量研发。”
“我们的研究通过设计一种共溶剂稀释策略，证明了可以利用旋涂在更大的基底上生产钙钛矿光伏器件，”论文共同通讯作者、洛桑联邦理工学院教授 Michael Grätzel 说。
“换言之，你可以扩大光伏产品的生产规模，同时保留几乎所有采用旋涂制成的钙钛矿薄膜的优异性能。”
过去，人们认为，由于旋涂和钙钛矿本身的特性，旋涂无法以节省材料的方式用于在工业规模的基底上生产钙钛矿光伏器件。
旋涂是将液体置于基底表面，然后旋转基底，使液态材料铺展到表面上。然而，使用这种技术涂布钙钛矿时，使钙钛矿保持液态的溶剂蒸发得不够快。这会导致大量钙钛矿从边缘飞散，意味着很多钙钛矿材料被浪费。此外，基底表面上的钙钛矿厚度会不均匀，而且有些区域的干燥时间比其他区域更长。这些问题都会给制造带来困难。
“我们的方法通过加入一种共溶剂来应对这一挑战，使液态钙钛矿能够均匀铺展，并快速、均匀地干燥，”论文共同第一作者、洛桑联邦理工学院的 Hong Zhang 说。
这项新技术还大幅减少了废料，从而减少了钙钛矿光伏器件制造过程中产生的有毒副产物。
“这项技术的优点在于，许多行业已经在使用旋涂技术生产各种产品，”论文共同通讯作者、罗马第二大学教授 Aldo Di Carlo 说。
“我们的研究表明，这些现有技术可以用于制造钙钛矿太阳能电池。这确实有望加快钙钛矿太阳能板和电池的生产与部署。”
参与这项验证项目的合作团队已经在使用新技术生产宽度达几十厘米、均匀性和性能都很出色的组件。
“我的团队目前正专注于利用工艺自动化和人工智能，在这项工作的基础上进一步提升钙钛矿光伏器件的效率、稳定性和可持续性，”Amassian 说。“我们希望与公共和私营部门的相关机构合作，探索如何应用这项成果，并加快钙钛矿太阳能电池技术的发展。”
这篇论文发表于期刊 《自然·通讯》。其他共同作者来自北卡罗来纳州立大学和罗马第二大学。
这项研究得到欧盟“地平线2020”研究与创新计划、瑞士国家科学基金会、意大利经济发展部以及美国海军研究办公室的资助。
