高性能导电银浆助力钙钛矿光伏电池商业化

钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代薄膜电池，包括单结钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池两种类型，具有高能量转化效率、价格低、重量轻、柔性大等特性。钙钛矿单结电池的肖克利-奎伊瑟（S-Q）理论效率极限为33.7%，全钙钛矿叠层电池的理论效率极限可达44%。目前，晶硅-钙钛矿叠层电池效率已达34.6%。随着工艺技术的不断突破，钙钛矿电池将进一步打开光电转化效率的天花板。

工作原理

钙钛矿太阳电池是一种光电转换器件，能够将太阳能转换为电能并对外输出电能。光电转换主要分为光吸收、光生载流子分离和抽取、载流子传输和收集三个过程，每一个过程都对应一个功能层。钙钛矿电池主要由透明电极-电子传输层-钙钛矿吸光层-空穴传输层-金属电极等结构组成。基本光电转换过程如下图。

当太阳光到达钙钛矿吸光层，能量大于钙钛矿禁带宽度的光子将价带电子激发至导带，产生一个自由电子，并在价带留下可自由移动的空穴，这两种由光激发产生的电荷，称为光生载流子；光生载流子在钙钛矿层中迁移至电子/空穴传输层界面处，由于电子传输的导带低于钙钛矿，而价带远高于钙钛矿，因此光生电子趋向于跃迁至电子传输层，发生电子的集聚，而光生空穴则被阻挡在电子传输层之外，实现了光生电子和空穴的分离。相反的，空穴传输层一侧，电子被阻挡在钙钛矿层中，空穴则积聚在传输层。电子和空穴在两侧的积聚，使得电池两端产生电势差；当外电路接通时，积聚在两侧的载流子，在电势差的驱动下向外电路传输并复合，从而实现电能的输出。

器件结构

钙钛矿电池是典型的三明治结构，钙钛矿吸光层位于N型电子传输层和P型空穴传输层中间，以更好的实现光生载流子分离。钙钛矿电池根据传输层受光顺序不同可分为n-i-p结构和p-i-n结构。其中，n-i-p结构根据电子传输层（一般指二氧化钛TiO2）的形貌结构，又分为平板型结构和介孔结构。

n-i-p平板型一般由玻璃基底/透明导电电极（FTO/ITO）/电子传输层（致密TiO2、SnO2等）/钙钛矿吸光层/空穴传输层（Spiro-OMeTAD\PTAA-疏水性聚三烯胺等）/金属电极构成。该结构相对简单，通过旋涂或水热的方式即可得到致密的电子传输层。不过，n-i-p平板型已经表现出较为严重的迟滞效应，影响电池的效能评测，后续要结合界面钝化、离子迁移抑制等手段，消除迟滞效应。

n-i-p介孔结构，一般由玻璃基底/透明导电极（FTO）/致密TiO2介孔TiO2或Al2O3/钙钛矿吸光层/空穴传输层（Spiro-OMeTAD\PTAA等）/金属电极构成。相比于平板结构，介孔结构的电子传输层和钙钛矿层的接触面积明显增大，为光生载流子在界面的分离提供了充足的空间，促进了载流子的定向传输，抑制了载流子的复合，且迟滞效应不明显，有利于光电转换效率的提升。不过介孔结构的制备需要高温烧结，属于高耗能工艺，因此，对钙钛矿电池的成本化控制并不友好。

p-i-n平板结构（又称反型结构）一般由玻璃基底/透明导电极（FTO/ITO）/空穴传输层［聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)－聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT：PSS），NiOx等］/钙钛矿吸光层/电子传输层（［6.6］－苯基C61丁酸甲酯（PCBM）等）/金属电极构成。与正型结构相比，反型结构钙钛矿电池几乎没有迟滞效应，但所用电子传输材料的能级结构与钙钛矿材料不能完美匹配，导致电压损失增大。因此，反型结构的钙钛矿电池光电转换效率略低于正型电池。

高性能银浆

目前，我们银浆研发的方向和目标正聚焦于为钙钛矿电池提供高性能的解决方案。在这一领域，银浆作为电池对电极的核心材料，其研发趋势旨在实现以下关键目标：

1. 提高导电性能：致力于开发具有超高导电性的银浆，以确保钙钛矿电池内部载流子能够实现高效、低损耗的传输，从而提升电池的整体能量转换效率。

2. 增强附着力与稳定性：研究并优化银浆的配方与工艺，以增强其与钙钛矿吸光层及其他电池组件的附着力，构建更加稳固的电池结构，提升电池的长期稳定性和可靠性。

3. 低温固化技术：鉴于钙钛矿电池的低温制程要求，银浆的低温固化技术成为研发重点。通过创新材料和工艺，实现在较低温度下快速且均匀地固化银浆，避免高温处理可能带来的材料性能退化，同时降低能耗，提高生产效率。

4. 成本控制与可持续性：在满足高性能要求的同时，行业还致力于降低银浆的生产成本，通过优化原材料选择、提高生产效率以及开发可回收再利用技术等方式，推动钙钛矿电池技术的商业化进程，并促进能源产业的可持续发展。

5. 环保与安全性：随着对环境保护意识的增强，银浆的研发还需考虑其生产、使用及废弃处理过程中的环保问题，确保产品符合相关环保标准，同时关注其在电池应用中的安全性，为用户提供安全可靠的能源解决方案。