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Science:钙钛矿太阳能电池已做好商业化准备!
李明 2017-01-02
导语

在MRS(美国材料科学研究学会)国际大会上,钙钛矿太阳能电池即将取代硅基太阳能电池统治地位的观点为大家所公认。其中在硅和其它光电材料上沉积钙钛矿层的方法再次获得转化效率的新突破,能阻碍钙钛矿太阳能电池商业化的主要问题就是稳定性的提高,科学家们也正在全力以赴的寻找解决方法。

本次大会中世界各地的大牛们研讨了钙钛矿太阳能电池的最新进展,包括与硅串联以优势互补,表面修饰和结构调节以获得更高效率,稳定性提高的妙招和商业化的最新动作。

在MRS(美国材料科学研究学会)国际大会上,钙钛矿太阳能电池即将取代硅基太阳能电池统治地位的观点为大家所公认。其中在硅和其它光电材料上沉积钙钛矿层的方法再次获得转化效率的新突破,能阻碍钙钛矿太阳能电池商业化的主要问题就是稳定性的提高,科学家们也正在全力以赴的寻找解决方法。

“钙钛矿太阳能电池即将走入市场”,来自比利时哈瑟尔特大学的Aslihan Babayigit说道。以色列魏茨曼特科学研的David Cahen补充道:“它的发展进度很惊人,虽然有些问题还没有解决,但都只是时间问题。”

钙钛矿的历史要从19世纪30年代说起,这位萌宠刚被发现时还只是一个普通的3D晶粒结构,直到2009年日本的研究学者才发现它具有作为光电器件的潜质。第一个钙钛矿太阳能电池的光电效率远小于硅,只有3.8%,而现在已超出25.3%(商业化电池大约在16-20%)。通过不同手法的调节,稳定在22.1%左右,该数据来自今年早些时候韩国的研究学者。

本次会议中多次提到的串联是指钙钛矿太阳能电池与其他光伏器件相结合以扩大的吸收光谱。例如硅太阳能电池主要吸收红光范围,钙钛矿结构主要吸收绿光范围波长的光,二者结合起来不但吸收光谱范围拓宽,成本也不高,较低温度下就可以完成。

本次大会中斯坦福大学Michael McGehee报道了他们的成功,通过在硅基底上生长钙钛矿,他们获得了效率23.6%的器件。另一个来自瑞士联邦理工的团队在7月份发表了一份结构较复杂的硅-钙钛矿串联结构,效率达到25.2% 。

在与硅串联的基础上,还有其他增加效率的方法,比如改进电子传输层和设计表面光陷阱减少反射。McGehee预测,现在的钙钛矿材料运用这些技术,加上硅-钙钛矿串联,未来几年内可以获得效率达到30%的器件。牛津大学的Henry Snaith提到,一些太阳能公司将要把钙钛矿运用到他们已经商业化的基板上,以获得更大提高,到那时将会完全替代硅的市场。

除了串联方法提高效率,本次大会上还提到了其他拓宽吸收谱的方法。华盛顿大学材料科学家Giles Eperon说道他们课题组制作的钙钛矿结构可以像硅一样吸收红光范围的光波。还有课题组报道他们制作的器件对红光吸收要比蓝光还多,效率有20.3%。虽说成果不是十分夺目,但钙钛矿结构相比很难再有进展的硅来说,还有许多提升的空间。

以上提到的都是效率方面的进展,在稳定性方面McGehee报道了一种铵和氟代甲脒或者铯元素取代有机部分的方法,封装后的器件在85℃和相对湿度85%条件下储存6星期效率都没有衰减。“可以在室外放置25年”,McGehee自信的说道。

除了小面积用来突破转化效率的器件,大尺寸的钙钛矿太阳能电池在本次大会中也有出现。Oxford PV公司的首席技术总监Christopher Case提到他们公司生产的10平方厘米大小的钙钛矿太阳能电池通过了工业等级稳定性的测试。上周该公司获得德国光伏试点标兵企业称号,Case还说他们已做好生产在直径15厘米硅晶片上沉积钙钛矿太阳能电池的准备。该公司还宣称已获得26百万英镑(3.3千万美元)的融资,股东包括世界TOP10的硅太阳能公司。如果运行顺利,2018年第一批试点产品将问世。

如此看来前方形势似乎一片大好,随着发展进程的加快,最重要的问题也凸现出来。钙钛矿太阳能电池中含有可溶性铅,当它进入家庭,土壤或是地下水后果不堪设想。Babayigit提出了一些解决方法,如在保护壳内封装钙钛矿太阳能电池或者在电池周围添加硫元素,这样可以约束铅的扩散。“这将是一个未开发且值得注意的研究领域”,Babayigit补充到。钙钛矿逐渐进入市场,安全性问题也将提上议程。

本次会议中各路大牛带来了他们的新成果的新思路,主要有效率和稳定性的提高、以及商业化进展和安全性的考虑。钙钛矿太阳能电池走进市场进入我们日常生活的趋势似乎不可阻挡,让我们共同期待这一天的到来。

文章链接:

Robert F. Service, "Perovskite solar cells gear up to go commercial," Science, 2016, DOI:10.1126/science.354.6317.1214

(本文来源:材料牛网站;)

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文章评论(1)
王强[西北工业大学]

钙钛矿太阳能电池已经有商业产品

610天前 | 回复
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作者 李明

博士生

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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