实现钙钛矿太阳能模块的超快制造

斯坦福大学已经开发出一种用于制造和组装稳定钙钛矿太阳能组件的一种超快方法。据研究作者Reinhold Dauskardt说，这项技术解决了多年来在大规模生产太阳能模块方面困扰研究人员多年的一些棘手的障碍。

为了解决大规模生产的问题，研究人员使用了他们最近开发和已经获得专利的技术，称为快速喷涂等离子处理。该方法使用装有两个喷嘴的机器人器件快速生产钙钛矿薄膜。一个喷嘴将一种钙钛矿前驱体的液体溶液涂在玻璃上，而另一个喷嘴喷出一种称为等离子体的高反应电离气体。

由快速喷涂等离子处理制备的钙钛矿太阳能模组。斯坦福大学教授Reinhold Dauskardt的实验室已经表明，钙钛矿模块的制造成本比传统硅基太阳能电池便宜，速度也比其快四倍。Nick Rolston供图。

斯坦福大学博士后学者Nick Rolston表示：“常规加工钙钛矿用于太阳能电池需要烘烤钙钛矿溶液约半小时。我们的新方法是使用高能等离子体只需要一步就可以将液体钙钛矿快速转化为薄膜太阳能电池。”通过快速喷雾喷涂处理，斯坦福团队每分钟能够生产 12 m 的钙钛矿薄膜，比传统制造硅太阳能电池快四倍。

"我们实现了当前所有太阳能技术的最高吞吐量，" Rolston说，"你可以想象，将大型玻璃板放置在滚筒上，以前所未有的速度持续生产多层钙钛矿。该团队估计，这些模块的制造价格约为每平方英尺25美分，而硅模块的制造成本约为每平方英尺2.50美元。这些模块的效率约为18%。以前开发的钙钛矿电池的效率达到了25%，但这些太阳能电池不太可能很快在屋顶上看到。

Rolston说，"在钙钛矿上所有工作都是在非常微小的有源、可用的太阳能电池区域内完成的。它们通常只是你指甲大小的一小部分。" 尝试制造更大的太阳能电池会产生缺陷和针孔，从而显著降低了电池效率。与硅电池不同，薄膜钙钛矿持续20至30年暴露于热和湿气环境中性能会退化。"钙钛矿太阳能技术正处在商业化和空想的十字路口，" Rolston说。"数百万美元正投入到初创公司中。但我坚信在未来三年内，如果没有在延长电池寿命方面的突破，那么这些钱很快就会用完。

硅太阳能电池往往与封装模块一起工作，从而在提高功率输出的同时并抵御恶劣的天气。为了与硅竞争，研究人员正在探索新的封装技术和其它方法来提高钙钛矿模块的持久性。Rolston说：“如果我们能建造一个可以持续30年的钙钛矿模块，我们可以将电池价格降低到每千瓦时2美分以下。按照这个价格，我们可以使用钙钛矿进行大规模的能源生产。例如，一个100兆瓦的太阳能农场。”

这项研究发表在《Joule》上。(www.doi.org/10.1016.joule.2020.11.001).