一个国际研究团队利用喷墨打印工艺制造了甲脒锡铅 (Sn-Pb) 钙钛矿薄膜，用于钙钛矿太阳能电池制造。
“这项研究代表着通过喷墨打印技术开发低铅环保钙钛矿太阳能电池的重大进步。我们由 Eva Unger 教授领导的团队致力于优化喷墨打印工艺，以确保精确的薄膜沉积并提高设备性能，”第一作者 Ayush Tara 告诉《光伏》杂志。“这项研究为环保、可扩展且高效的太阳能解决方案开辟了新途径。”
该团队选择喷墨打印技术来制备混合甲脒锡铅 (Sn-Pb) 薄膜，是因为该技术“设计灵活”，能够“精确调整有机卤素钙钛矿层的结晶特性”，而且控制程度高。与旋涂法相比，该技术还被认为是一种高通量制造方法，旋涂法可以制造出高性能的实验室级设备，但缺乏规模化潜力。
研究人员准备了过滤的前体钙钛矿墨水溶液，然后将其填充到德国 Süss Microtec 提供的工具中的 Pixdro LP50 喷墨打印头中。这是一个 Spectra SE128 打印头，液滴大小为 30 pL。他们解释说，墨水保持在 60 C 的墨头温度下，打印是在打印头电压为 80 V 和喷射频率为 100 Hz 的情况下进行的，该打印应用于移动基板。他们说：“在打印分辨率为 500 dpi、质量因数为 4、打印速度为 100 mm/s 和滴速为 4m/s 时可获得最佳效果。”
印刷后，对基板进行气流辅助真空干燥处理，然后在 100 C 下进行 10 分钟的热退火。测试结果表明，“将高达 50% 的 Pb 掺入 FASnI3 薄膜中可提高晶格稳定性。”性能最佳的组合物是有效面积为 0.16 cm2、功率转换效率为 10.26% 且能带隙为 1.25 eV 的太阳能电池。
该团队补充说，根据他们的知识，该性能代表了迄今为止通过喷墨打印生产的混合锡铅基钙钛矿太阳能电池的最高效率。“此外，这些电池的吸收光谱延伸到 1000 nm 以上，对应于 1.25 eV 的带隙，”科学家指出，强调其适合作为全钙钛矿串联太阳能电池窄带隙子电池的候选材料。“结果表明，喷墨打印可以有效提高锡铅基 PSC 的效率，支持设备制造的可扩展性，”他们总结道。
该研究为进一步的研究奠定了基础。“下一个目标是开发大面积喷墨打印的锡铅钙钛矿太阳能电池，并最终将它们集成为全钙钛矿串联太阳能电池的底部电池，”塔拉说。
研究工作细节发表在《ACS 应用材料与界面》杂志上的《喷墨打印的 FASn₁–ₓPbₓI₃ 基钙钛矿太阳能电池》上。研究团队包括来自德国亥姆霍兹-柏林研究机构、印度孟买理工学院和印度查谟大学的研究人员。
