大连化物所开发分子胶水界面锚定技术 实现高效大面积钙钛矿组件涂布印刷制备

　　【仪表网 研发快讯】近日，大连化物所太阳能研究部薄膜硅太阳电池研究组(DNL1606组)杨栋研究员和刘生忠研究员团队在钙钛矿太阳能电池规模化制备方面取得新进展，开发分子胶水界面锚定技术，实现了高效、大面积钙钛矿组件涂布印刷制备。
 

 

　　钙钛矿太阳能电池凭借高效率、低成本等优势，被视为是下一代光伏技术的核心。在产业化中，适合大面积连续生产的涂布印刷工艺是首选技术路线。然而，作为电子传输层的氧化锡(SnO2)纳米颗粒在涂布过程中易发生团聚，导致薄膜不均匀，进而引发钙钛矿层结晶缺陷和界面电荷传输障碍，制约了电池性能的提升。
 

　　本工作中，研究团队将四甲基氯化铵(TMACL)引入SnO2前驱体胶体溶液中，通过正负电荷相互作用，“锚定”SnO2颗粒，抑制其团聚，提升溶液稳定性。实验表明，该技术使涂布后的薄膜表面粗糙度降低了32%，同时有效减少针孔缺陷。另外，TMACL分子中的氮原子与钙钛矿中的铅离子形成化学键，如同“胶水”一样紧密连接电子传输层和钙钛矿吸光层，使界面缺陷密度降低40%，显著提升了电荷提取效率。
 

　　基于这一“分子胶水”策略，研究团队实现了钙钛矿组件从实验室水平制备到规模化生产，采用全涂布工艺制备的57.20 cm2大面积钙钛矿组件效率达到22.76%，经国际权威机构认证效率为21.60%；未封装器件在大气环境(ISOS-O测试)下运行1,500 小时后，仍保持93.25%的初始效率，高稳定性为钙钛矿组件的商业化应用提供了支撑。此外，该技术在柔性钙钛矿电池中同样表现优异，57.20 cm2的大面积柔性钙钛矿组件效率超过20%，经500次弯折后效率保持率达95.3%，为柔性钙钛矿电池在可穿戴设备、车载发电等场景应用开辟了新路径。
 

　　相比于依赖高纯度溶剂和小面积制备的传统旋涂工艺，“分子胶水”策略的最大优势在于其与涂布印刷工艺具有深度适配性。该技术不仅可实现米级薄膜连续生产，还将材料利用率提升至90%以上，能耗降低50%。TMACL作为工业级试剂，成本仅为传统界面修饰材料的1/10，且无需额外复杂工艺，为钙钛矿太阳能电池的产业化提供了便利的高性价比解决方案。
 

　　该工作以“Interfacial molecular anchor for ambient all-bladed perovskite solar modules”为题，于近日发表在《焦耳》(Joule)上。该工作的共同第一作者是我所DNL1606组工程师朱学杰博士、辽宁师范大学于东麒教授。上述工作得到国家重点研发计划、中国科学院B类先导专项“高效低成本大面积钙钛矿光伏电池研究”、大连化物所-沈阳自动化所联合创新基金等项目的资助。(文/图 杨少安、朱学杰、于东麒)