可规模化制备的RGB三色半透明染料敏化太阳能电池模块：基于可印刷致密TiO2阻挡层的创新方案

研究人员针对建筑一体化光伏(BIPV)应用中半透明染料敏化太阳能电池(DSSC)模块的规模化制备难题，开发出可丝网印刷的致密TiO2阻挡层(sp-BL)。该技术实现了100.8 cm2大面积模块的均匀制备，获得4.1%-7.0%的功率转换效率(PCE)，可见光平均透过率(AVT)达30%-52%，光利用效率(LUE)提升至2.1%，为彩色可调谐半透明光伏器件提供了可扩展的解决方案。

　　

随着城市化进程加速，建筑能耗已占全球总能耗的40%，如何在维持建筑美学的同时实现能源自给成为重大挑战。传统硅基光伏板因不透明性和刚性特征难以满足现代建筑对采光与设计灵活性的需求，这催生了建筑一体化光伏(BIPV)技术的蓬勃发展。在众多候选方案中，染料敏化太阳能电池(DSSC)因其可溶液加工、色彩可调和弱光响应等特性崭露头角，但其商业化进程长期受制于大面积模块制备中的界面重组和光学均匀性问题。

韩国国立研究基金会(BK21 FOUR)和科学技术信息通信部(NRF)支持的研究团队在《Materials Today Energy》发表重要成果，通过创新性开发可丝网印刷的致密TiO₂阻挡层(sp-BL)，成功实现RGB三色半透明DSSC模块的规模化制备。研究人员采用丝网印刷工艺制备致密TiO₂层，结合优化介孔TiO₂光阳极和丝印铂对电极，系统研究了界面接触特性与光电性能的构效关系。

关键技术包括：1) 开发低粗糙度高透光率的sp-BL配方；2) 建立Z型模块串联工艺；3) 采用UV-Vis光谱和电化学阻抗谱表征光学/界面特性；4) 通过电流密度-电压(J-V)曲线评估光伏性能。

高度透明的可丝网印刷阻挡层
研究发现传统旋涂法制作的阻挡层存在厚度不均问题，而新型sp-BL可实现98.2%的可见光区透光率，表面粗糙度(Ra)控制在12.3 nm以下。X射线光电子能谱(XPS)证实其能有效阻隔电解质与透明导电氧化物(TCO)的直接接触，使开路电压(V_OC)提升17.3%。

结论
该工作制备的100.8 cm²模块展现出4.1%-7.0%的PCE，AVT值根据设计在30%-52%可调，最佳LUE达2.1%。细胞-模块(CTM)效率损失控制在11%-16%，显著优于传统工艺的25%-30%。红、绿、蓝三色模块的色坐标分别落在CIE 1931色图的(0.62,0.34)、(0.29,0.61)和(0.15,0.06)区域，证实其色彩调控能力。

意义与展望
这项研究首次实现全印刷工艺制备大面积彩色半透明DSSC模块，突破性地将美学设计与光伏性能相结合。Ashok Kumar Kaliamurthy和Jae-Joon Lee等学者建立的sp-BL技术为BIPV应用提供标准化生产路径，其2.1%的LUE指标已接近商业化阈值。未来通过优化染料敏化剂和电解质体系，有望进一步突破10%效率关口，推动光伏窗户从实验室走向城市建筑幕墙。