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一个国际研究团队展示了一种工业规模生产钙钛矿光伏材料的技术，这将降低成本，并提高大规模生产钙钛矿太阳能电池的性能。
这项技术成本低、简单、节能，应该为制造钙钛矿太阳能电池铺平道路。钙钛矿是太阳能电池的兴趣，因为它吸收光非常有效。这使得轻质、柔韧的太阳能电池能够被应用到一系列的技术中，比如建筑或车辆的窗户。
“在实验室中,研究人员产生钙钛矿光伏材料使用一种称为旋转涂布的技术,形成薄膜衬底上的钙钛矿,但只在小范围内,“亚兰Amassian说共同通讯作者论文的工作和材料科学与工程教授北卡罗莱纳州立大学。
“我们谈论的是只有1或2平方厘米的样品基质。然而，当时的人们认为，利用几十厘米平方的基材，将旋涂膜扩大到制造业是不可能的。相反，人们选择了各种各样的其他方法。但这些其他方法生产的钙钛矿光伏电池的性能不如使用旋转涂层制成的薄膜，需要大量的研究和开发。”
“我们在这里所做的是证明，通过设计一种协同溶剂稀释策略，你可以使用旋转涂层在更大的基底上生产钙钛矿光伏电池，”论文的共同通信作者、École Polytechnique Fédérale de Lausanne教授迈克尔Grätzel说。“换句话说，你可以扩大光伏电池的生产，并保持使用旋转涂层生产的几乎任何类型的钙钛矿薄膜的优异性能。”
历史上，由于旋转涂层和钙钛矿的性质，人们认为旋转涂层不能以一种材料高效的方式在工业规模的基材上生产钙钛矿光伏。
旋转涂层涉及在基材表面放置液体，然后旋转基材，使液体材料在表面扩散。然而，当钙钛矿使用这种技术时，使钙钛矿保持液态的溶剂蒸发不够快。这导致大部分钙钛矿飞离边缘，这意味着大量钙钛矿材料被浪费了。它还导致钙钛矿表面的不规则厚度，以及钙钛矿的某些区域需要比其他区域更长的时间来干燥。从制造的角度来看，所有这些都是有问题的。
École Polytechnique Fédérale de Lausanne的张红(音译)是这篇论文的主要作者之一，他说:“我们的方法是通过引入一种共溶剂来解决这一挑战，这种共溶剂可以使液体钙钛矿均匀地扩散并迅速均匀地干燥。”
这项新技术还显著减少了浪费，并进一步减少了与制造钙钛矿光伏相关的有毒副产品。
“这项技术的美妙之处在于，许多行业已经在使用旋转涂层技术生产各种产品，”该论文的共同通讯作者、罗马托尔韦加塔大学(University of Rome Tor Vergata)教授奥尔多•迪卡洛(Aldo Di Carlo)说。“我们的工作表明，这些现有的技术可以用来制造钙钛矿太阳能电池。这真的可以加快钙钛矿太阳能电池板和电池的生产和部署。”
示范项目的合作者已经在使用新技术生产几十厘米宽的模块，具有优异的一致性和性能。
“我的团队现在专注于使用过程自动化和人工智能来建立这项工作，并进一步提高钙钛矿光伏的效率、稳定性和可持续性，”Amassian说。“我们希望与公共和私营部门合作，寻找实施这项工作的方法，并加快钙钛矿太阳能电池技术的发展。”
纸”,一种通用的共溶剂稀释策略使钙钛矿光伏电池的制造既方便又经济发表在该杂志上自然通讯．该论文的共同主要作者是张;北卡罗来纳州立大学博士生卡斯拉·达拉比;以及罗马托维尔加塔大学的Narges Yaghoobi Nia。
这项工作得到了欧盟地平线2020研究和创新计划、瑞士国家科学基金会、意大利经济发展部和美国海军研究办公室的支持，资助编号为N00014-20-1-2573。
希普曼-
编辑:研究摘要如下。
“一种通用的共溶剂稀释策略使钙钛矿光伏电池的制造既简单又经济”
作者:张宏，Michael Grätzel, Anurag Krishna, Paramvir Ahlawat, Masaud Hassan S Almalki, tsu - sen Su, Viacheslav Bolnykh, Dan Ren, Lingfeng Pan, Sandy Sanchez Alonso, Shaik M. Zakeeruddin and Ursula Rothlisberger， École Polytechnique Fédérale de Lausanne;Kasra Darabi, Aram Amassian和Boyu Guo，北卡罗莱纳州立大学;Narges Yaghoobi Nia, Aldo Di Carlo, Luigi Angelo Castriotta和Mahmoud Zendehdel，罗马托尔韦尔加塔大学;李瑞鹏，布鲁克海文国家实验室;Anders Hagfeldt， École Polytechnique, Fédérale de Lausanne and Uppsala University。
发表: 1月10日,自然通讯
DOI: 10.1038 / s41467 - 021 - 27740 - 4
文摘:成本管理和有毒废物的产生是钙钛矿光电器件商业化之前必须解决的两个关键问题。我们报告了环保和成本效益高的高效钙钛矿太阳能电池的开创性战略。该策略包括使用高挥发性共溶剂，将钙钛矿前驱体稀释到较低浓度(< 0.5 M)，同时保持与高浓度(>1.4 M)溶液相似的膜质量和器件性能。可减少70%以上的有毒废物和材料成本。机理揭示了共溶剂的超快速蒸发，以及用共溶剂稀释后前驱体胶体化学的有益改变，现场研究和理论模拟证实了这一点。经共溶剂调节的前驱体胶体性质也有助于提高前驱体溶液的稳定性，从而延长其处理窗口，从而最大限度地减少浪费。这一策略在不同的钙钛矿组成中普遍成功，并且使用工业旋涂技术从小型设备扩展到大型模块，这可能会缓解钙钛矿技术从实验室到fab的转换。
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