鈣鈦礦太陽(yáng)電池被證明能夠高效的將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，但尚未走出實(shí)驗(yàn)室。
鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)必須小心地生長(zhǎng)在襯底上，實(shí)驗(yàn)室中通常采用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的旋涂工藝進(jìn)行，但這種技術(shù)不能擴(kuò)展到大規(guī)模制造。使用可擴(kuò)展沉積方法制造的最佳的器件仍然落后于最先進(jìn)的旋涂設(shè)備，雖然該方法適合未來(lái)模塊化生產(chǎn)。
NREL科學(xué)家在“自然能源”（Nature Energy）發(fā)布的一篇新文章“可擴(kuò)展高效太陽(yáng)能電池廣泛加工窗口的鈣鈦礦墨水”中闡述了如何克服這一障礙。NREL化學(xué)與納米科學(xué)中心的高級(jí)科學(xué)家朱凱為該論文的主要作者。合作作者有楊孟金，李振，馬修·里斯，奧巴迪亞·里德，董浩金，塞巴斯蒂安·西奧，Talysa Klein，約瑟夫·貝瑞和來(lái)自NREL的Michael van Hest，以及托萊多大學(xué)的Yanfa Yan。
研究人員將化學(xué)品涂層沉積在基底上并加熱以使材料完全結(jié)晶，用以產(chǎn)生鈣鈦礦薄膜。所涉及的各個(gè)步驟通常彼此重疊，因此過(guò)程較為復(fù)雜。
其中一個(gè)關(guān)鍵步驟是需要添加抗溶劑以提取化學(xué)物質(zhì)的前驅(qū)體，從而產(chǎn)生質(zhì)量好的晶體。該步驟的窗口在幾秒鐘內(nèi)打開(kāi)和關(guān)閉，這不利于制造過(guò)程，因?yàn)橹谱鞔藭r(shí)間窗口需要一定精度。
NREL研究人員能夠?qū)⒋皯魰r(shí)間保持長(zhǎng)達(dá)8分鐘。
鈣鈦礦油墨前軀體的配方包括含氯甲基銨碘化鉛前驅(qū)物以及溶劑，以及可以通過(guò)旋涂或刮刀涂布方法沉積在基材上的抗溶劑。經(jīng)過(guò)測(cè)試，兩種方法產(chǎn)生的薄膜形態(tài)和器件性能相差無(wú)幾。刮刀涂布對(duì)制造商更有吸引力，因?yàn)樗梢暂p松擴(kuò)大。
研究人員測(cè)試了一種含有過(guò)量甲基碘化銨（MAI）的前體油墨，另一種含有加入的甲基氯化銨（MACI）的前體油墨。 MACI在減少鈣鈦礦需要的熱處理長(zhǎng)度方面被證明是最有效的，MACI溶液將時(shí)間縮短到大約一分鐘，而MAI溶液需要10分鐘。更短的時(shí)間也應(yīng)該對(duì)制造商更有吸引力。
NREL科學(xué)家使用刀片涂覆的吸收體制造了一個(gè)約12.6cm2，包含四個(gè)鈣鈦礦電池的模塊，其中，能將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為能量的活性面積為11.1cm2，穩(wěn)定轉(zhuǎn)換效率為13.3%。
這項(xiàng)研究得到美國(guó)能源部太陽(yáng)計(jì)劃項(xiàng)目的支持，該項(xiàng)目旨在努力降低太陽(yáng)能發(fā)電成本并支持太陽(yáng)能采用。（工業(yè)和信息化部電子第一研究所 張慧）
