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為了提高鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性和效率，來自亞利桑那大學(xué)的一個(gè)研究小組研發(fā)出一種新的印刷工藝，這種工藝名為通過墨水繪制的限制性區(qū)域印刷，簡(jiǎn)稱RAPID。

研究人員指出，這種相對(duì)較新的技術(shù)仍然非常不穩(wěn)定，所以鈣鈦礦沒有得到更廣泛的使用。專家們重點(diǎn)指出，他們的創(chuàng)新可以克服這種不穩(wěn)定性。

亞利桑那大學(xué)化學(xué)和環(huán)境工程系助理教授Adam Printz和他的團(tuán)隊(duì)(包括該?；瘜W(xué)和環(huán)境工程系副教授Erin Ratcliff以及化學(xué)、生物化學(xué)和光學(xué)科學(xué)系榮譽(yù)教授Neal Armstrong)獲得了能源部太陽能技術(shù)辦公室(SETO)為該項(xiàng)目提供的為期三年、價(jià)值70萬美元的撥款。

Printz入選了SETO 2020財(cái)年鈣鈦礦資助計(jì)劃。這一計(jì)劃著眼于以更快的速度開發(fā)可負(fù)擔(dān)的太陽能，實(shí)現(xiàn)美國(guó)的清潔能源目標(biāo)并創(chuàng)造國(guó)內(nèi)就業(yè)機(jī)會(huì)。

研究人員指出，實(shí)驗(yàn)室制造的鈣鈦礦具有與礦物相同的晶體結(jié)構(gòu)，具備了光導(dǎo)性能和被制成油墨的能力。

后一種特性使鈣鈦礦能夠被打印到柔性塑料片上，這和打印報(bào)紙的方式類似。專家們強(qiáng)調(diào)，這一特性可以打印出高效的、超薄的太陽能電池，這些電池薄到可以被卷起來。

Printz和他的團(tuán)隊(duì)在2019年年底開始了鈣鈦礦打印工作，他們使用3D打印零件小規(guī)模展示了這種機(jī)制的運(yùn)作方式。這筆資金使團(tuán)隊(duì)得以打造一個(gè)可以升級(jí)的項(xiàng)目版本。

為了制造鈣鈦礦材料，研究小組在一個(gè)表面上鋪上了一層薄薄的專用墨水。在此之后，墨水被加熱以使鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)成形。研究人員指出，這種印刷的薄膜呈現(xiàn)出幾個(gè)由邊界區(qū)域分隔的微小顆粒。當(dāng)放在高倍顯微鏡下時(shí)，看起來就像干裂的泥土。

“這些邊界區(qū)域?qū)嶋H上可以與空氣中的水分相互作用，讓鈣鈦礦轉(zhuǎn)化為一種完全不同的、不吸收光線的材料，這會(huì)讓太陽能電池變得很糟糕，”“我們希望盡量減少晶界表面積，這樣就不會(huì)發(fā)生這些反應(yīng)，鈣鈦礦就會(huì)更有可能保持在鈣鈦礦的形態(tài)。”

RAPID的功能是盡量減少邊界區(qū)域。減少邊界面積可以提高穩(wěn)定性和效率。

作為團(tuán)隊(duì)工作一部分，Printz和他的團(tuán)隊(duì)旨在將鈣鈦礦太陽能電池的晶界減少90%。他們還希望將電池的效率穩(wěn)定性提升50%。

研究人員還希望，隨著RAPID大規(guī)模發(fā)生作用，鈣鈦礦的生產(chǎn)會(huì)受到積極影響，在很大程度上改善低成本、高效率設(shè)備的穩(wěn)定性。

SETO一直支持側(cè)重于提高有機(jī)-無機(jī)混合鈣鈦礦太陽能電池效率和壽命的研究。SETO的目標(biāo)是快速實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能技術(shù)的商業(yè)化，降低制造成本。 根據(jù)SETO的說法，鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)有了快速的進(jìn)步，從2006年的約3%提高到今天的逾25%。雖然鈣鈦礦太陽能電池會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效，但在它們成為一種富有競(jìng)爭(zhēng)力的商業(yè)技術(shù)之前，仍然存在著一些挑戰(zhàn)。Mercom一直在持續(xù)報(bào)道鈣鈦礦技術(shù)改進(jìn)的創(chuàng)新和突破。

最近，布朗大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)表示，他們開發(fā)出一種可以提高鈣鈦礦太陽電池效率的分子膠水。韓國(guó)光州科技學(xué)院的研究人員也研究出一種通過利用離子來提高鈣鈦礦太陽能電池效率的新方法。 

原標(biāo)題：技術(shù)前沿：新印刷術(shù)提升鈣鈦礦太陽電池穩(wěn)定性