新型环保制程提升钙钛矿太阳能模块效率至 18.2%

一项全新的、环保的、低毒性的方法或可协助以工业规模生产柔性钙钛矿太阳能电池，采用卷对卷印刷技术。萨里大学提出这一安全的方法以生产高性能的钙钛矿太阳能模块。该方法使用低毒性、生物衍生的溶剂配方，在室温下运行，并减少有害工业化学品的使用。这一过程使用类似于报纸印刷的连续印刷技术，可能使大规模生产既环保又具成本效益。萨里大学的杰出教授、先进技术研究所 (ATI) 主任及纳米电子中心负责人拉维·西尔瓦教授表示：“我们创新技术的潜在影响不仅仅是替代有害溶剂。

一种基于易于使用的无毒溶剂和更简单的涂布步骤的过程，减少了对溶剂处理、废物处理及相关安全基础设施的需求。”

新方法减少有害化学品

轻便、柔性的钙钛矿太阳能电池长期以来一直被认为能取代硅面板。然而，有害的生产过程却妨碍了其商业潜力。通常，制造可印刷的钙钛矿墨水需要大量有毒的溶剂，包括二甲基甲酰胺和乙腈。这些化学品危害工厂工人的安全，并造成严重的环境负担。令人惊讶的是，单一的千兆瓦级生产线就能消耗超过 90,000 升的有毒溶剂。现在，这一化学壁垒正逐渐被打破。研究人员摒弃了有害的传统化学品，并制定了一种“显著降低毒性”（SRT）的墨水系统，该系统基于生物衍生成分。

该团队利用乙醇和 2-甲基四氢呋喃的组合，创造出一种快速干燥的配方，这是一种源自农业和林业废料的环保溶剂。这种生物衍生的混合物消除了对抗溶剂处理步骤的需求，省去这些苛刻的步骤节省了能源，并在制造过程中保护原材料。

高性能与环保兼得

绿色生产并不意味着牺牲性能。该团队使用与卷对卷技术兼容的条形涂布方法，印制了具有 11.5 平方厘米主动面积的太阳能迷你模块。这些在室温下涂布并使用快速气体喷流干燥的柔性面板，达到了超过 18.2% 的功率转换效率，同时在持续照明下保持稳定性。这些迷你模块采用倒置结构，条形涂布的自组装单层作为孔传输层，这一结构减少了对额外中间层的需求。根据研究，该团队使用基于激光的 P1 至 P4 刻划过程，将单个太阳能电池单元单体连接，以便于工业模块的图案化。

未来的工业整合潜力

科学论文进一步指出，该开发测试了使用气体喷吹条形涂布方法的环保溶剂，但团队同时确保其能与工厂中使用的标准槽模涂布机相容。因此，这一过程未来可以整合到 Qualcomm 量工厂生产线中，确保环保制造技术准备好进行大规模工业部署。

西尔瓦补充道：“我们希望帮助全球推广清洁能源，如果我们能在同一过程中支持大规模的脱碳，那对社会来说将是一个双重胜利。”将绿色化学整合进高速印刷技术，使柔性太阳能电池的大规模生产成为现实。柔性钙钛矿太阳能电池可能很快将为便携式消费电子产品、建筑集成窗户及超轻型太阳能阵列等提供电力。该研究结果已发表在《Nano Energy》期刊上。

环保技术对太阳能产业的影响

这项新型环保制程不仅能提高钙钛矿太阳能电池的效率，还能显著减少生产过程中的有害化学品使用，这对于环境保护至关重要。随着可持续发展成为全球关注的焦点，这种技术的推广将有助于推动清洁能源的应用，并促进相关行业的转型。若能成功整合到现有的生产线，将使得环保技术在工业规模上实现大规模部署，从而进一步推动可再生能源的发展。