武漢理工程一兵Sci Adv：用于印刷高效柔性鈣鈦礦太陽能組件的SnO?墨水工程

發(fā)表時間：2025-10-29 09:52

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主要內(nèi)容

與剛性鈣鈦礦太陽能電池相比，柔性鈣鈦礦太陽能電池展現(xiàn)出更為廣闊的應(yīng)用潛力。然而，其通常采用的工藝不利于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。在規(guī)?；a(chǎn)的進(jìn)程中，電子傳輸層（ETLs）的印刷成為一大顯著障礙，其中二氧化錫（SnO?）作為常用材料，其納米晶（NCs）在墨水中易出現(xiàn)團(tuán)聚和沉降問題，導(dǎo)致薄膜沉積不均，并在埋底界面引入大量缺陷。

在此背景下，武漢理工大學(xué) 程一兵教授、黃福志研究員、卜童樂研究員攜手佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室，強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)展開深入探索。該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用將聚丙烯酸（PAA）引入SnO?納米晶墨水的方法，對墨水進(jìn)行改性處理，以增強(qiáng)納米晶的分散性并減緩溶劑蒸發(fā)速度，從而確保印刷出的電子傳輸層具有優(yōu)化的覆蓋均勻性和表面形貌。同時，PAA的引入還優(yōu)化了埋底界面，增強(qiáng)了電荷的傳輸能力并有效抑制了非輻射復(fù)合。

經(jīng)PAA改性的柔性器件實(shí)現(xiàn)了高達(dá)22.46%的效率（認(rèn)證效率為21.56%），且在經(jīng)歷3000次彎曲循環(huán)后仍能保持初始效率的89.3%，在儲存2000小時后仍能保持初始效率的92.4%，展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和長期耐久性。此外，該團(tuán)隊(duì)還成功印刷出30厘米×30厘米的柔性組件，實(shí)現(xiàn)了16.40%的出色效率（認(rèn)證效率為16.28%）。

作為n - i - p型柔性鈣鈦礦太陽能電池（F - PSCs）的首層，電子傳輸層（ETL）的規(guī)模化制備一直是F - PSCs規(guī)?；瘧?yīng)用的關(guān)鍵難題。針對這一問題，研究團(tuán)隊(duì)深入分析了SnO?納米晶墨水的特性，并引入聚丙烯酸（PAA）作為分散劑以提升墨水質(zhì)量。PAA憑借其多個羧基與SnO?納米晶發(fā)生配位作用，有效防止納米晶團(tuán)聚，穩(wěn)定了墨水體系。利用這種優(yōu)化后的墨水印刷大面積SnO?電子傳輸層，可獲得均勻、致密且光滑的高質(zhì)量薄膜，進(jìn)一步優(yōu)化了埋底界面，促進(jìn)了后續(xù)鈣鈦礦層的生長。

這一創(chuàng)新策略不僅改善了埋底界面的質(zhì)量，還增強(qiáng)了晶粒與基底間的附著力，提高了抗彎曲性能，為F - PSCs未來的工業(yè)發(fā)展提供了切實(shí)可行的途徑。