美国马里兰圣玛丽大学的一个研究团队近来研发了一种新技术，即通过无机纳米晶油墨沉积法制作了新一代的太阳能电池，并有望在此基础上研发出商业化的自喷涂式太阳能电池。

图注：无机纳米晶油墨沉积法制作新一代的太阳能电池

　　早在2014年，马里兰大学能源研究专家Townsend教授在 Physical Chemistry Chemical Physics 上发表文章，首次介绍了这种无机光伏技术。

　　尽管有机薄膜在光伏中的应用发展迅速，但无机材料凭借其宽广的光谱吸收范围以及优良的导电性能，一直保持着效率的最高记录。在获取电力时，无机相比有机来说，具有更高的效率和更低的成本。Townsend在2014年的研究当中，结合了无机材料，利用无机基材来制造太阳能电池，使得能够在块体下不断增强的热光稳定性。

　　然而与有机材料相比，无机材料最大的劣势就是很难从溶液中沉积。为了克服这一难题，Towmsend 在纳米尺寸下进行了材料的合成。将无机纳米晶包裹在一个有机配体壳中并溶于有机溶剂,这样可使其沉积在溶液中，而传统的无机材料需要高温真空腔体。太阳能设备是由纳米粒子油墨的光吸收层制备而成,在碲化镉/硒化镉上方和下方均覆盖一层金属油墨。这样，整个设备就可以轻松建立在非导电玻璃上。

　　无机纳米晶最显著的挑战就是必须经历退火或者加热来形成足够驱动设备的块体尺寸。Townsend 最近与海军研究人员正在探究这一过程。

　　据Townsend分析，当喷涂这些纳米晶时，必须加热它们，但又不能仅仅加热晶体本身,因此需要添加烧结剂。而在过去的40年里,人们将有毒盐氯化镉用于商业薄膜设备中。到现在为止，没人为纳米油墨设备研究新的无毒替代品,因此Townsend研究团队想要探索烧结过程的机制，以期能够得到更安全的替代盐。

　　Townsend发表的论文上最新研究提出,氯化铵是一种无毒、廉价的可替代氯化镉的烧结剂，在测试了很多盐后得到了这个结论。并且铵盐所要求的环境远没有隔盐那样苛刻。

　　这项成果促使奥巴马政府在七月份宣布，将投入更多的太阳能面板到低收入家庭，并且逐渐扩大到为租房者提供太阳能能源，承诺到2030年美国的电力20%来自于新能源。

　　Townsend说：“目前，不是每个人都能享受太阳能科技。”但其课题组的理想目标是让电池的组装和搭建变得足够廉价，廉价到每个人可以到当地的商店购买，然后自己喷涂到屋顶上。因此Townsend计划是提升无机纳米晶太阳能电池的效率(目前是5%)，并且使用完全无毒的成分来制备。

　　该研究成果已经发表在 Journal of Materials Chemistry A 上。论文地址：http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/CP/C4CP02403F

 

责任编辑：田双

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