据美国光学学会官网近日报道，泰国研究人员开发出一种新的精密喷涂方法，以实现更复杂的钙钛矿太阳能电池设计，并可以扩大规模应用于批量生产。
钙钛矿，是引起全世界科学家浓厚兴趣的一大类半导体材料。其晶体结构独特，具有卓越的光学以及电子特性，制造起来既简单又便宜。
钙钛矿的结构非常适合用作太阳能电池吸收光线的活性层，因为它吸收光线的效率比硅更高，而且成本更低。过去十年，钙钛矿因为制造起来更便宜、更绿色，效率可与硅太阳能电池相媲美，有望逐渐演变为硅太阳能电池的替代品。
这款钙钛矿太阳能电池由韩国蔚山国立科技研究所开发，光电转换效率超过22%。（图片来源：UNIST）
尽管钙钛矿非常有望取代硅来制造如今大多数的太阳能电池，然而这却需要新的制造工艺使之实用于商业生产。
为了填补这个空缺，泰国研究人员开发出一种新的精密喷涂方法，以实现更复杂的钙钛矿太阳能电池设计，并可以扩大规模应用于批量生产。相关论文发表在美国光学学会（OSA）出版的杂志《光学材料快报（Optical Materials Express）》上。
钙钛矿对于新一代太阳能电池来说是非常有前景的，因为它们吸收光线并以比硅更高的效率以及更低的生产成本将其转化为电能。钙钛矿甚至可以喷涂到玻璃上创造出产生能量的窗户。
来自泰国玛希隆大学理学院材料科学与创新学院的团队领头人 Pongsakorn Kanjanaboos 表示：“我们工作展示了一项逐层沉积钙钛矿的工艺，而每一层的厚度和沉积速率是可控的。这个新方法以更好的性能以及稳定性实现了太阳能电池的堆叠设计。”
Kanjanaboos 及其同事将他们的新型喷涂方法称为“顺序喷涂沉积（sequential spray deposition）”，并表示它可用于创造多层钙钛矿。每一层涂上不同的钙钛矿材料可以定制器件的功能，或者满足特定的性能以及稳定性需求。
钙钛矿的优点之一就是可以通过溶液处理，这意味着太阳能电池是通过将液态钙钛矿在低温条件下干燥成固体制成的。这种制造工艺比制造传统的硅太阳能电池要简单得多而且更便宜，传统的硅太阳能电池制造工艺需要高温以及将固体材料切成晶圆。
然而，一般用于制造钙钛矿的溶液处理工艺不允许多层设计，因为上层往往会溶解已经干燥的下层。为了克服这一挑战，研究人员们转向一项称为“顺序喷涂沉积（sequential spray deposition）”的工艺。在这个工艺中，某种材料的小水滴被施加到表面上。
在尝试过不同的喷涂方法之后，他们发现了一个可以工作在100°C左右的方法。然后，他们优化了喷涂参数，以保证微型水滴与已干燥的下层接触时立即干燥并结晶成固态钙钛矿。
Pongsakorn 表示：“通过我们的喷涂工艺，上层溶液不会影响组成第一层的固体薄膜。通过精密控制每一层的厚度和沉积速率，我们就可以设计并创造出具有任意层数的堆叠钙钛矿架构的无尽组合。”
研究人员通过将一种更高稳定性的钙钛矿材料沉积到另一种电气性能更佳的钙钛矿材料上，演示了这项技术。这个双层半透明钙钛矿器件展示了清晰的层次，并同时实现了较高的性能以及良好的稳定性。
研究人员计划采用新方案，制造具有新功能以及前所未有的性能与稳定性组合的多层钙钛矿器件。