Science：鈣鈦礦太陽能電池已做好商業化準備！

【議會摘要】

本次大會中世界各地的大牛們研討了鈣鈦礦太陽能電池的最新進展，包括與硅串聯以優勢互補，表面修飾和結構調節以獲得更高效率，穩定性提高的妙招和商業化的最新動作。

【評論詳解】

在MRS（美國材料科學研究學會）國際大會上，鈣鈦礦太陽能電池即將取代硅基太陽能電池統治地位的觀點為大家所公認。其中在硅和其它光電材料上沉積鈣鈦礦層的方法再次獲得轉化效率的新突破，能阻礙鈣鈦礦太陽能電池商業化的主要問題就是穩定性的提高，科學家們也正在全力以赴的尋找解決方法。

“鈣鈦礦太陽能電池即將走入市場”，來自比利時哈瑟爾特大學的Aslihan Babayigit說道。以色列魏茨曼特科學研的David Cahen補充道：“它的發展進度很驚人，雖然有些問題還沒有解決，但都只是時間問題。”

鈣鈦礦的歷史要從19世紀30年代說起，這位萌寵剛被發現時還只是一個普通的3D晶粒結構，直到2009年日本的研究學者才發現它具有作為光電器件的潛質。第一個鈣鈦礦太陽能電池的光電效率遠小于硅，只有3.8%，而現在已超出25.3%（商業化電池大約在16-20%）。通過不同手法的調節，穩定在22.1%左右，該數據來自今年早些時候韓國的研究學者。

本次會議中多次提到的串聯是指鈣鈦礦太陽能電池與其他光伏器件相結合以擴大的吸收光譜。例如硅太陽能電池主要吸收紅光范圍，鈣鈦礦結構主要吸收綠光范圍波長的光，二者結合起來不但吸收光譜范圍拓寬，成本也不高，較低溫度下就可以完成。

本次大會中斯坦福大學Michael McGehee報道了他們的成功，通過在硅基底上生長鈣鈦礦，他們獲得了效率23.6%的器件。另一個來自瑞士聯邦理工的團隊在7月份發表了一份結構較復雜的硅-鈣鈦礦串聯結構，效率達到25.2% 。

在與硅串聯的基礎上，還有其他增加效率的方法，比如改進電子傳輸層和設計表面光陷阱減少反射。McGehee預測，現在的鈣鈦礦材料運用這些技術，加上硅-鈣鈦礦串聯，未來幾年內可以獲得效率達到30%的器件。牛津大學的Henry Snaith提到，一些太陽能公司將要把鈣鈦礦運用到他們已經商業化的基板上，以獲得更大提高，到那時將會完全替代硅的市場。

除了串聯方法提高效率，本次大會上還提到了其他拓寬吸收譜的方法。華盛頓大學材料科學家Giles Eperon說道他們課題組制作的鈣鈦礦結構可以像硅一樣吸收紅光范圍的光波。還有課題組報道他們制作的器件對紅光吸收要比藍光還多，效率有20.3%。雖說成果不是十分奪目，但鈣鈦礦結構相比很難再有進展的硅來說，還有許多提升的空間。

以上提到的都是效率方面的進展，在穩定性方面McGehee報道了一種銨和氟代甲脒或者銫元素取代有機部分的方法，封裝后的器件在85℃和相對濕度85%條件下儲存6星期效率都沒有衰減。“可以在室外放置25年”，McGehee自信的說道。

除了小面積用來突破轉化效率的器件，大尺寸的鈣鈦礦太陽能電池在本次大會中也有出現。Oxford PV公司的首席技術總監Christopher Case提到他們公司生產的10平方厘米大小的鈣鈦礦太陽能電池通過了工業等級穩定性的測試。上周該公司獲得德國光伏試點標兵企業稱號，Case還說他們已做好生產在直徑15厘米硅晶片上沉積鈣鈦礦太陽能電池的準備。該公司還宣稱已獲得26百萬英鎊（3.3千萬美元）的融資，股東包括世界TOP10的硅太陽能公司。如果運行順利，2018年第一批試點產品將問世。

如此看來前方形勢似乎一片大好，隨著發展進程的加快，最重要的問題也凸現出來。鈣鈦礦太陽能電池中含有可溶性鉛，當它進入家庭，土壤或是地下水后果不堪設想。Babayigit提出了一些解決方法，如在保護殼內封裝鈣鈦礦太陽能電池或者在電池周圍添加硫元素，這樣可以約束鉛的擴散。“這將是一個未開發且值得注意的研究領域”，Babayigit補充到。鈣鈦礦逐漸進入市場，安全性問題也將提上議程。

【評論小結】

本次會議中各路大牛帶來了他們的新成果的新思路，主要有效率和穩定性的提高、以及商業化進展和安全性的考慮。鈣鈦礦太陽能電池走進市場進入我們日常生活的趨勢似乎不可阻擋，讓我們共同期待這一天的到來。

原文鏈接：Perovskite solar cells gear up to go commercial?(Science, 2016, DOI:10.1126/science.354.6317.1214)

本文由材料人編輯部新能源學術組 YueZhou 供稿。點這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，歡迎關注微信公眾號，微信搜索“新能源前線”或掃碼關注。

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