钙钛矿太阳能电池的大规模印刷

虽然近年来有关钙钛矿太阳能电池的研究取得了重要进展，但所取得的、最为显著的成果大多是在不到一平方厘米的设备上且采用在大规模商用设备生产中并不实用的工艺来取得的。

将这些实验室成果转化为大规模生产是另一个亟待探索的研究领域。许多不同的工艺都被认为是适合于此，其中槽模涂布和喷墨打印最为突出。这些，以及许多其他的选择，都涉及到创造一种含有溶剂和前体材料的‘油墨’物质，这种物质沉积到基板上并蒸发掉就形成了钙钛矿晶体结构。

了解油墨的组成将如何影响蒸发过程和晶态薄膜的特性，这对钙钛矿太阳能电池生产的规模化至关重要。早期的研究已经在为钙钛矿本身确定最佳前体材料方面取得了巨大的进展，但有关用于大规模生产的溶剂混合物和油墨构成的研究还处于起步阶段。

这正是来自柏林Helmholtz Zentrum Berlin(HZB)的科学家的最新研究焦点。该小组研究了结晶过程，旨在确定油墨的最重要特性，这将决定钙钛矿在蒸发和结晶后的性能。研究人员表示：“溶剂和共溶剂在复合钙钛矿前体油墨中对中间相结构和成膜动力学的复杂作用尚不清楚。……了解溶剂的配位强度和前体溶液蒸发速率之间的相互作用，可以预测主要的复合钙钛矿溶剂化中间相及其从混合溶剂中形成的动力学。”

发表在Materials Advances上的《二元溶剂混合物的混合钙钛矿结晶：溶剂蒸发速率和结合强度的相互作用》一文对该研究小组的工作进行了全面的描述。溶剂的流变特性、蒸发速率和中间相的形成是最重要的控制因素。

这篇论文的第一作者Oleksandra Shargaieva解释道：“在溶剂混合物中，最易挥发的组分蒸发最快，这会改变结晶时的溶剂比。形成机制关键取决于溶剂蒸发率以及与这种铅卤化物的结合强度。”

Shargaieva表示，通过在这项研究中获得的见解，研究小组应该能够根据油墨中材料的组合来预测结晶薄膜的形成情况。这反过来也能帮助设计出适合各种不同制造工艺的油墨，试用于钙钛矿电池生产。HZB年轻研究员小组复合材料形成和规模化主管Eva Unger表示：“我们仍然缺乏从实验室规模扩大到工业区规模的系统知识。而这些结果为我们进一步的油墨设计铺平了道路，使工业规模生产或优质钙钛矿薄膜成为可能。”