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全喷墨打印有机光伏电池阵列的制造及其在柔性电子领域适用性的评估

DOI：10.3390/mi9120642 期刊：Micromachines 出版年份：2018 更新时间：2025-11-14 17:28:48
摘要： 依赖可再生能源的电能生产正因绿色可持续性而快速增长并备受关注。太阳作为光伏设备发电的近乎无限的可再生能源来源，对环境影响较小。另一方面，有机光伏（OPV）电池具有机械柔韧性、溶液可加工性、环保性和轻质等优势。本研究展示了基于传统架构、利用工业平台喷墨打印技术制造印刷OPV器件阵列的工艺路线。喷墨技术目前被视为最成熟的数字制造技术之一，因其固有的叠加特性和最终阶段定制灵活性（若目标是获得定制设计器件）。本文精心选用市售电子功能墨水，通过验证OPV材料堆叠与器件架构的兼容性来阐明其重要性。主要成果是在常压环境下，采用喷墨技术在柔性聚合物薄膜上批量制备了1500个不同尺寸的OPV器件。研究发现，通过正确选择功能材料和架构，可实现超过85%的制造良率，这体现了喷墨技术的高重复性、沉积精度和工艺稳定性。
作者： Kalyan Yoti Mitra，Abdelrahman Alalawe，Stefanie Voigt，Christine Boeffel，Reinhard R. Baumann
机构： Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENAS, Printed Functionalities，Digital Printing and Imaging Technology Department, Technische Universit?t Chemnitz，Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research, Functional Materials and Devices
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究基于传统架构的印刷有机光伏器件阵列的制造路线，并采用喷墨打印技术在工业平台上实现。

研究成果

该研究成功证明了采用喷墨技术将印刷有机光伏电池（OPV）的制造工艺从实验室规模放大到工业规模。所开发的OPV叠层采用标准柔性塑料基板，在环境空气中制造，且无需使用氧化铟锡（ITO）等传统材料。最优结果显示其电学特性为：开路电压（Voc）0.48伏、短路电流密度（Isc）0.33毫安/平方厘米、填充因子（FF）37.2%、光电转换效率（PCE）0.18%，且制造良品率超过70%。

研究不足

与文献报道相比，这些器件的性能并非最优，且随着器件尺寸增大，制造良率有所下降。该研究是在未封装的常压环境下进行的，这可能会影响器件性能。

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