有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿材料因其优异的光电特性已成为光伏(PV)应用的理想候选材料。近年来,钙钛矿太阳电池(PSCs)的认证效率已突破26%。实际上,发展钙钛矿光伏产业化的关键是在PSCs中实现高质量、高稳定性功能材料的大面积沉积。尽管溶液法印刷凭借工艺简化、成本低廉等优势已在高通量生产薄膜半导体电子器件方面备受关注。然而,在薄膜印刷过程中“咖啡环”效应(CRE)导致的宏观胶体颗粒分布不均匀、晶体质量劣化等问题使得可印刷的可重复制造的钙钛矿太阳组件(PSMs)仍面临着重大挑战。
近期,江西师范大学陈义旺教授、南昌大学孟祥川副研究员发文,通过调节Marangoni对流强度,有效缓解了钙钛矿前驱体在半月板印刷过程中的CRE。在文中,作者将可原位聚合的聚乙二醇二丙烯酰胺(PEGDAM)框架应用到前驱体中,聚合物框架单体不仅能与前驱体中的活性成分形成化学官能团键,还能在室温条件下通过原位聚合形成网络结构,通过空间屏障效应有效控制前驱体胶体颗粒在印刷过程中的无序运动。更重要的是,原位聚合物框架的引入均匀化了薄膜退火过程中的热扩散,调节了前驱体的粘度,进而调节了Marangoni number,利用Marangoni对流去平衡毛细流动,进一步缓解了CRE。确保获得高结晶度和高均匀性的大面积钙钛矿薄膜,大大提高了湿法印刷工艺的可重复性以及将其应用于高效钙钛矿PV技术的可行性。因此,这项工作为探索前驱体流变学以满足PSMs的大面积、高质量和均匀沉积要求奠定了基础,并为利用半月板涂层技术印刷高效PSCs的未来研究趋势提供了新的视角,促进了其印刷制造和商业化转型的进步。

(三审三校:朱子欣,蒋平,廖勋凡)