2021年7月14日
想象一下，一台电视薄到可以像报纸一样卷起来，或者一层薄膜可以覆盖整个建筑并产生太阳能。钙钛矿可以使这成为可能。
钙钛矿是一种矿物，但这个词也可以指一系列实验室制造的材料，这些材料具有相同的独特晶体结构，具有光导性和制作油墨的能力。亚博网站下载钙钛矿的后一种特性使得钙钛矿能够被打印到柔软的塑料片上，就像印刷报纸一样。这将使我们有可能在某一天打印出高效超薄的太阳能电池，或者像电视或LED灯那样薄到可以卷起来的东西。
“对我来说，钙钛矿的潜在灵活性和轻质性为可穿戴设备、航空电子设备和灾难救援电源等应用领域提供了关键的竞争优势，而这些应用领域的尺寸和便携性是关键制约因素。”亚利桑那大学化学与环境工程助理教授亚当·普林茨说。“也许最令人兴奋的是，这些好处在设备性能方面没有任何重大权衡。”
钙钛矿还没有被广泛应用的原因是，作为一项相对较新的技术，钙钛矿仍然非常不稳定。为了克服这种不稳定性，Printz开发了一种新的打印工艺，称为“通过墨汁绘制限制区域打印”，或“快速打印”。他从太阳能技术部获得了每年700000美元的预付款。
Printz被选为SETO 2020财年钙钛矿融资计划的一部分，该计划旨在快速增加可负担的太阳能部署，实现国家清洁能源目标，并创造高薪美国就业机会。他的共同研究者是UArizona化学与环境工程副教授埃林·拉特克利夫（Erin Ratcliff）和尼尔·阿姆斯特尔（Neal Armstr）UArizona Regents ong，化学、生物化学和光学科学名誉教授。亚博老虎机网登录
“这一努力对于UArizona和工程学院来说是一个激动人心的机会，可以在可打印太阳能材料加工领域发挥领导作用，这是能源解决方案研究所和亚利桑那州弹性研究所的一个关键战略领域，亚博网站下载”·拉特克利夫称说。“金属卤化物钙钛矿是一项非常热门的技术，有很多行业感兴趣和兴奋。在未来几年，这将是我们学生的一次绝佳的培训机会。”
太阳能与空间
太阳能是钙钛矿最具潜力的领域之一。自20世纪50年代以来，大多数太阳能电池都是由硅晶片制成的，硅晶片可以将光转换为电能。标准工业硅太阳能电池的效率通常在18%到22%之间。钙钛矿是一种更新得多的技术，但其效率不高钙钛矿太阳能电池的生产成本也低于硅电池，因为它们需要的材料和生产时间要少得多。
Printz和他的团队在2019年末开始开发钙钛矿打印工艺，他们已经能够用3D打印部件小规模演示其工作原理-使用"不管实验室里有什么。"这笔资金使他们能够创建一个更具可复制性和可扩展性的版本。
钙钛矿材料是通过在表面亚博网站下载涂上一层薄薄的特制油墨，然后加热油墨，从而形成钙钛矿晶体结构而制成的。这种印刷薄膜由许多被边界区隔开的微小颗粒组成。在高倍显微镜下，它看起来像干裂的泥浆。正是在这些边界区域——比颗粒本身更具有化学反应性——事情变得棘手。
“这些边界区域实际上可以与空气中的水分相互作用，使钙钛矿转变成一种完全不同的不吸收光的材料，这就形成了一种可怕的太阳能电池。”Printz说。“我们希望尽量减少晶界表面积，使这些反应不会发生，而且钙钛矿更可能保持钙钛矿。”
因此，RAPID的目标是产生尽可能少的边界区域。它通过使用一个有限的打印区域来实现这一点，这样就可以形成大颗粒，而不会使溶剂在加热过程中蒸发过快。大颗粒意味着颗粒之间的边界区域减少，而减少的边界区域就意味着更高的稳定性和效率。
在这个为期三年的项目中，Printz和他的团队的目标是减少90%的颗粒边界。他们还希望提高钙钛矿太阳能电池的效率稳定性，或其在一段时间内保持效率的能力，提高50%。
“当我们快速大规模工作时，我们希望它将对钙钛矿的生产产生深远的影响，显著提高这些低成本高效率器件的稳定性。”Printz说。
来源:https://engr.arizona.edu/index