新研究使我们更接近DIY喷涂太阳能电池技术

在2014年发表在“物理化学化学物理”杂志上的一项研究中，马里兰州圣玛丽学院能源专家TroyTownsend教授介绍了第一个完全溶液处理的全无机光伏技术。

虽然有机薄膜光伏发电的进展正在迅速增长，但无机器件仍然保持着最高效率的记录，部分原因在于它们具有广泛的光谱吸收和优异的电子特性。考虑到与有机器件相比，记录的更高的效率和更低的每瓦特成本，再加上大规模无机材料的增强的热稳定性和光稳定性，Townsend在2014年的研究中，专注于制造顶部的全无机基结构到底部完全基于溶液的太阳能电池。

然而，与有机物相比的主要缺点是无机材料难以从溶液中沉积。为了解决这个问题，Townsend合成了纳米尺度的材料。包裹在有机配体壳中的无机纳米晶体可溶于有机溶剂中并且可以从溶液中沉积(即，旋涂，浸涂，喷涂)，而传统的无机材料需要高温真空室。太阳能装置由光吸收层的纳米级颗粒墨水，碲化镉/硒化镉和上下金属墨水制成。这样，整个电子设备可以使用您在厨房中找到的设备构建在非导电玻璃基板上。

(3-5nm)无机纳米晶体面临的突出挑战是它们必须退火或加热以形成更大的“体积尺度”晶粒(100nm至1μm)以生产工作装置。汤森最近与海军研究人员合作探索这一过程。

“当你喷涂这些纳米晶体时，你必须加热它们以使它们起作用，”Townsend解释说，“但你不能自己加热晶体，你必须加入烧结剂，这是过去40年，氯化镉是一种用于商业薄膜器件的有毒盐。没有人测试纳米级油墨装置的无毒替代品，我们想探索烧结过程的机制，以便能够实现更安全的盐。“

今年在Townsend的材料化学杂志A和海军研究人员发表的最新研究中发现氯化铵是一种无毒，廉价的可替代氯化镉纳米晶太阳能电池的替代品。在测试几种不同的盐之后发现了这一发现使用氯化铵(通常用于制作面包)制造的装置具有与用氯化镉制成的装置相当的装置特性，并且远离镉盐处理减轻了对当前处理方法的环境健康和安全性的担忧。

该团队还发现盐处理的作用涉及关键的配体去除反应。这对于无机纳米晶体是独特的，并且在体积级真空沉积方法中未观察到。“在纳米晶体配体交换方面已经做了很多令人兴奋的工作，但是，我们首次阐明了盐作为配体交换剂和同时烧结剂的双重作用。这是这些装置的重要区别，因为纳米晶体通常用天然有机配体壳合成。这种壳需要在加热前去除，以改善薄膜的电子特性，“Townsend谈到这一发现。因为纳米材料与其大块材料相比处于新兴新特性的最前沿，

该研究是在奥巴马政府于7月宣布将更多太阳能电池板用于低收入住房并扩大租户获取太阳能电力之后进行的，最近承诺在年内将20%的美国总电力用于可再生能源2030

“现在，太阳能技术对普通人来说有点难以实现，”汤森说。“我们的目标是让装配和安装过程变得如此便宜和简单，以至于您可以去当地的家居装修商店购买套件然后将其喷洒在自己的屋顶上。这就是为什么我们正在进行喷涂工作的原因。太阳能电池。”Townsend计划进一步研究，以提高全无机纳米晶太阳能电池的效率(目前达到5%)，同时用完全无毒的成分制造它们。

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