在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法中，噴墨打印因具有材料利用率高、成本低、工藝效率高、可大面積制備、適用于柔性基底等特點(diǎn)而備受關(guān)注。其中基于噴墨打印工藝制備的小面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率已接近20％，使用MicroFab的Jetlab噴墨打印系統(tǒng)制備的，目前可達(dá)22.7%，而傳統(tǒng)溶液旋涂法制造的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率平均為16%左右，最高為19.4%。

近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）已經(jīng)從2009年報(bào)道的3.8％迅速提升到現(xiàn)在的22.7%，達(dá)到商業(yè)化多晶硅、碲化鎘、銅銦鎵硒等太陽(yáng)能電池水平，被認(rèn)為是新一代薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)中的杰出代表。

目前，溶液旋涂法是實(shí)驗(yàn)室制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的常用方法。雖然旋涂法操作簡(jiǎn)單、成膜速度快、重復(fù)性好，然而該法缺點(diǎn)也很明顯：材料浪費(fèi)嚴(yán)重；不具備圖案化功能；不適用于工業(yè)化的連續(xù)生產(chǎn)。

在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法中，噴墨打印因具有材料利用率高、成本低、工藝效率高、可大面積制備、適用于柔性基底等特點(diǎn)而備受關(guān)注。其中基于噴墨打印工藝制備的小面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率已接近20％，最高為22.7%，而傳統(tǒng)溶液旋涂法制造的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率平均為16%左右，最高為19.4%。因此噴墨打印技術(shù)制造鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在轉(zhuǎn)換效率方面已經(jīng)追趕并積累優(yōu)勢(shì)。本文主要介紹了制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的噴墨打印技術(shù)及其應(yīng)用，并展望了噴墨打印技術(shù)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化推廣中的重要作用。

如上圖a所示噴墨打印過(guò)程。在致密的TiO2層上旋涂PbI2，然后噴墨打印MAI和碳墨水的混合物，制備的0.1cｍ2平面型鈣鈦礦器件效率達(dá)11.6％。使用噴墨打印的活性層薄膜缺陷較少，晶粒尺寸一致，分布均勻。如圖b所示為噴墨打印鈣鈦礦薄膜的SEM形貌。如圖c所示為噴墨打印、真空干燥、熱退火過(guò)程示意圖及噴墨打印的鈣鈦礦薄膜的實(shí)物圖。對(duì)于噴墨打印鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量有幾個(gè)影響因子：打印速率、真空干燥的后處理以及基底溫度。當(dāng)噴墨打印速率增大時(shí)，鈣鈦礦活性層的厚度和晶粒尺寸增大。真空干燥的后處理有利于鈣鈦礦活性層薄膜的形成。而噴墨打印過(guò)程中基底溫度是形成高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的關(guān)鍵，在室溫下，鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過(guò)程中會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)較多孔洞，而加熱基底則會(huì)加快溶劑的揮發(fā)，形成致密均勻的鈣鈦礦薄膜，這一過(guò)程依賴于噴墨打印設(shè)備對(duì)于基底溫度的精確調(diào)控。以下為基于使用噴墨打印技術(shù)制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如表1所示：

現(xiàn)如今鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在短短幾年時(shí)間里已經(jīng)取得了突破性發(fā)展。目前，實(shí)驗(yàn)室單節(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率已經(jīng)提高到22.7％，10cm×10cm大面積玻璃基板器件效率達(dá)13.98％，5cm×5cm的塑料基板柔性器件效率達(dá)11.4％。由于鈣鈦礦材料具有光吸收強(qiáng)、遷移率高、載流子壽命長(zhǎng)、帶隙可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，使得鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在新一代薄膜太陽(yáng)能電池中擁有強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力。

因此，基于噴墨打印技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)，如加熱超強(qiáng)粘度適應(yīng)性，非接觸式，液滴體積小，材料利用率高等。

結(jié)合鈣鈦礦材料的特點(diǎn)，通過(guò)改善材料性質(zhì)，優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)，能全面提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的綜合性能。為今后大面積工業(yè)化制造鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供研究方向。

論文中材料制備所使用的噴墨打印設(shè)備為美國(guó)MicroFab公司生產(chǎn)的高精度納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)Jetlab?Ⅱ。

Jetlab?Ⅱ高精度納米材料沉積噴墨打印系統(tǒng)具有基底適應(yīng)面廣、無(wú)需模板、按需噴墨等優(yōu)點(diǎn)，在控制液滴、精準(zhǔn)圖案化以及工作效率等方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，解決了實(shí)驗(yàn)室中噴墨打印相關(guān)實(shí)驗(yàn)的操作與應(yīng)用難題，除此之外，噴墨打印技術(shù)具有低成本、大規(guī)模、高產(chǎn)率、適用于柔性基底等優(yōu)點(diǎn)，在晶體管、傳感器、光電探測(cè)器和太陽(yáng)能電池等制備方面受到了研究人員的青睞。相比于傳統(tǒng)的制備技術(shù)，噴墨打印技術(shù)能極大地降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，可以與卷對(duì)卷方式完美結(jié)合，是今后光電子器件商業(yè)化進(jìn)程中的一項(xiàng)重要技術(shù)。噴墨打印優(yōu)點(diǎn)突出，在實(shí)際生活中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域包括光學(xué)薄膜（如膠片、透鏡等）、生命科學(xué)（如蛋白質(zhì)組學(xué)、DNA測(cè)序等）、電子器件（如柔性顯示器等）以及噴墨打印電子產(chǎn)品（如無(wú)線射頻識(shí)別、傳感器、蓄電池和太陽(yáng)能電池等）等。

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