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光伏新技术:精密钙钛矿喷涂

钙钛矿因其作为太阳能电池的潜在材料特性引起了人们的极大兴趣,但要使它们广泛应用于实际,研究人员必须开发处理它们的高效制造流程。泰国科学家设计了一种喷涂方法,将精密的钙钛矿层涂在基质上,从而制造出稳定、高性能的光伏结构。

钙钛矿有许多化学公式,通常有两个不同的阳离子和三个阴离子。来自玛希隆大学材料科学与创新学院的科学团队将他们的研究重点放在混合卤化物钙钛矿上,其中包括一些溴原子或碘原子的结合作为阴离子。这种半导体化合物的颜色从棕色到橙色不等,对光有一定的透明度。

在几百纳米的尺度上,半导体的形状和分层决定了器件的功能。研究人员表示,在三层或三层以上使用不同类型的钙钛矿制造吸光剂,可以实现许多以前无法实现的复杂设计。

由于钙钛矿可以制成液体溶液进行加工,喷雾沉积似乎是一种较好的制造方法,但该技术难以预测和控制。以前,科学家只能通过让底层快速接触一些化学物质,才能将第二层钙钛矿层覆盖在基底层之上。这些过程会导致表面钝化——上层的水滴会部分重新溶解先前干燥的下层。研究人员表示之前的科学家无法精确控制覆盖层的厚度及其对下层的影响。

图片来源:玛希隆大学

研究人员称他们的技术为“序贯喷雾沉积”。他们用两个喷嘴在45度角将钙钛矿溶液喷洒到加热到100℃的基片上,同时将实验空间的空气湿度保持在45%到50%的相对湿度——以让钙钛矿层更稳定。

有些卤化物钙钛矿——每个分子含有三个碘原子——具有较好的电学性能,但相对于稳定性较差。研究团队首先确定了这种类型,然后在400 nm厚的下一层干燥后,喷涂一层90 nm厚的盖层。虽然研究人员表示他们只制作了两层,但他们说通过精确控制每一层的厚度和沉积速率,可以将更多的层堆积起来。

研究人员表示这项新技术不仅为钙钛矿太阳能电池开辟了新途径,而且还为钙钛矿电子器件的整个光谱,如钙钛矿LED、光电探测器、激光器等开辟了新途径。

该论文发布在Opt Mater上。

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