黄维院士等最新《Nature》：制备新型钙钛矿墨水，成功实现丝网印刷

钙钛矿太阳能电池（PSCs）的潜在优势之一是能够对前体进行溶液处理并从溶液中沉积薄膜。目前，已经研究了旋涂、刮刀涂、喷涂、喷墨印刷和槽模印刷来沉积混合钙钛矿薄膜。与其他薄膜制造技术相比，丝网印刷具备高图案灵活性、高生产效率和高成本效益。丝网印刷工艺依赖于油墨的高粘度，能够在不受基底和图案限制的情况下制备三维纳米薄膜。这种方法能够实现油墨的突然和良好控制的非接触转移，加快产量并消除通过传统印刷和旋涂工艺制备薄膜中的有害废物。丝网印刷被认为是PSC工业化最有前途的技术。然而，由于钙钛矿油墨的低粘度和不稳定性，通过丝网印刷制备钙钛矿薄膜仍然是一个挑战。

近日，南京工业大学黄维院士与陈永华教授联合报道了利用甲基乙酸铵离子液体溶剂制成一个稳定的和粘度可调（40 - 44,000 cP）的钙钛矿墨水并成功进行了丝网印刷。研究人员证明了对钙钛矿薄膜的厚度和面积控制，并在不同基底上的图案化，印刷速度超过20 cm s-1，油墨使用量接近100%。在环境空气中使用这种沉积方法，无论湿度如何，获得了20.52%（0.05 cm2）和18.12%（1 cm2）的最佳效率。最值得注意的是，已经成功地探索了在环境空气中用一台机器进行完全丝网印刷的装置，对应的光伏电池在0.05 cm2、1.00 cm2和16.37 cm2面积上的效率分别为14.98%、13.53%和11.80%，同时在最大功率点下运行300小时后还能保持96.75%的初始效率。相关研究成果以题为“Perovskite solar cells based on screen-printed thin films”发表在知名期刊Nature上。

图一、钙钛矿薄膜的丝网印刷方法示意图© 2022 Springer Nature

图二、钙钛矿油墨和薄膜的丝网印刷© 2022 Springer Nature

图三、钙钛矿薄膜的丝网印刷图案化© 2022 Springer Nature

图四、基于丝网印刷薄膜的PSCs性能© 2022 Springer Nature

研究人员利用甲基乙酸铵离子液体溶剂制成一个稳定的和粘度可调的的钙钛矿墨水，分三步成功实现了丝网印刷法制备具有任意形状的复杂图案的钙钛矿薄膜。基于此，研究人员制造平面异质结、具有n-i-p器件结构的丝网印刷PSCs，在AM1.5G 100 mW cm-2照明下，获得了20.52%的PCE，JSC为23.12 mA cm-2，VOC为1140 mV，FF为0.779。最值得注意的是，未封装的全丝网印刷PSC的PCE在光照下最大功率点连续工作300小时后，仍保留了96.75%的初始PCE，表明全丝网印刷PSC具有良好的稳定性。

文献链接：Perovskite solar cells based on screen-printed thin films (Nature 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-05346-0)

封面图来源：图虫创意