通過(guò)研究鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的印刷工藝，德國(guó)科學(xué)家得出了一些重要的結(jié)論來(lái)開(kāi)發(fā)適合將鈣鈦礦電池材料沉積到基板上的油墨。

雖然近年來(lái)有關(guān)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究取得了重要進(jìn)展，但所取得的、最為顯著的成果大多是在不到一平方厘米的設(shè)備上且采用在大規(guī)模商用設(shè)備生產(chǎn)中并不實(shí)用的工藝來(lái)取得的。

將這些實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化為大規(guī)模生產(chǎn)是另一個(gè)亟待探索的研究領(lǐng)域。許多不同的工藝都被認(rèn)為是適合于此，其中槽模涂布和噴墨打印最為突出。這些，以及許多其他的選擇，都涉及到創(chuàng)造一種含有溶劑和前體材料的‘油墨’物質(zhì)，這種物質(zhì)沉積到基板上并蒸發(fā)掉就形成了鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)。

了解油墨的組成將如何影響蒸發(fā)過(guò)程和晶態(tài)薄膜的特性，這對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的規(guī)?；陵P(guān)重要。早期的研究已經(jīng)在為鈣鈦礦本身確定最佳前體材料方面取得了巨大的進(jìn)展，但有關(guān)用于大規(guī)模生產(chǎn)的溶劑混合物和油墨構(gòu)成的研究還處于起步階段。

這正是來(lái)自柏林Helmholtz Zentrum Berlin(HZB)的科學(xué)家的最新研究焦點(diǎn)。該小組研究了結(jié)晶過(guò)程，旨在確定油墨的最重要特性，這將決定鈣鈦礦在蒸發(fā)和結(jié)晶后的性能。研究人員表示：“溶劑和共溶劑在復(fù)合鈣鈦礦前體油墨中對(duì)中間相結(jié)構(gòu)和成膜動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜作用尚不清楚。……了解溶劑的配位強(qiáng)度和前體溶液蒸發(fā)速率之間的相互作用，可以預(yù)測(cè)主要的復(fù)合鈣鈦礦溶劑化中間相及其從混合溶劑中形成的動(dòng)力學(xué)。”

發(fā)表在Materials Advances上的《二元溶劑混合物的混合鈣鈦礦結(jié)晶：溶劑蒸發(fā)速率和結(jié)合強(qiáng)度的相互作用》一文對(duì)該研究小組的工作進(jìn)行了全面的描述。溶劑的流變特性、蒸發(fā)速率和中間相的形成是最重要的控制因素。

這篇論文的第一作者Oleksandra Shargaieva解釋道：“在溶劑混合物中，最易揮發(fā)的組分蒸發(fā)最快，這會(huì)改變結(jié)晶時(shí)的溶劑比。形成機(jī)制關(guān)鍵取決于溶劑蒸發(fā)率以及與這種鉛鹵化物的結(jié)合強(qiáng)度。”

Shargaieva表示，通過(guò)在這項(xiàng)研究中獲得的見(jiàn)解，研究小組應(yīng)該能夠根據(jù)油墨中材料的組合來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)晶薄膜的形成情況。這反過(guò)來(lái)也能幫助設(shè)計(jì)出適合各種不同制造工藝的油墨，試用于鈣鈦礦電池生產(chǎn)。HZB年輕研究員小組復(fù)合材料形成和規(guī)模化主管Eva Unger表示：“我們?nèi)匀蝗狈膶?shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)大到工業(yè)區(qū)規(guī)模的系統(tǒng)知識(shí)。而這些結(jié)果為我們進(jìn)一步的油墨設(shè)計(jì)鋪平了道路，使工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)或優(yōu)質(zhì)鈣鈦礦薄膜成為可能。”

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