屡破世界效率记录 盘点2017中国钙钛矿太阳能技术的发展

2月27日，杭州纤纳光电公司宣布其钙钛矿太阳能微组件经过美国Newport认证，效率达到17.4%，这一结果打破了该公司此前保持的效率记录。对比市场上应用最广的多晶硅太阳能技术，从上世纪50年代由美国贝尔实验室发明之后，直到2010年其组件效率才突破17%(京瓷54片电池组件)。而从技术潜力来看，目前实验室效率最高的钙钛矿电池效率已经达到22.7%(小面积)，超越了天合此前21.3%的多晶硅电池效率记录。以及2017年9月 Fraunhofer ISE刷新的多晶硅太阳能电池22.3%效率记录(3.9 cm2)。这一技术究竟是怎样自2009年诞生以来获得了如此神速的发展，我国在2017年又在钙钛矿技术方面取得了哪些突破，下面就为大家盘点一番。

根据MaterialsViews编辑部对钙钛矿太阳能电池的介绍：

钙钛矿太阳能电池核心是具有钙钛矿晶型(ABX3)的有机金属卤化物吸光材料。在这种钙钛矿ABX3结构中，A为甲胺基(CH3NH3)，B为金属铅原子，X为氯、溴、碘等卤素原子。目前在高效钙钛矿型太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺(CH3NH3PbI3)，它的带隙约为1.5 eV，消光系数高，几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800 nm以下的太阳光。而且，这种材料制备方便，将含有PbI2和CH3NH3I的溶液，在常温下通过旋涂即可获得均匀薄膜。上述特性使得钙钛矿型结构CH3NH3PbI3不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小，这是钙钛矿型太阳能电池能够实现高效率的根本原因。

钙钛矿薄膜太阳能电池的发展起源于染料敏化太阳能电池，且受益于敏化太阳能电池和有机太阳能电池等在过去二十年里积累的相关技术，材料方面一经突破，就在结构和工艺上得以获得飞速发展。从2009年问世以来，经过8年时间，效率已经从3.8%提升至22.7%。该技术被《Science》评选为2013年十大科学突破之一，更是在今年的诺贝尔化学奖公布前被广泛认为是有力的竞争候选。

2017年7月，由韩国化学研究所(KRICT)和韩国蔚山国家科学与技术研究院(UNIST)的Sang-Il Seok教授团队的联合取得22.1%的效率记录(小面积)。之后，该团队又将最新的钙钛矿太阳能电池效率提高到22.7%(面积0.07cm2)。该项目记录此前也由这支韩国团队和洛桑联邦理工学院(EPFL)交替保持。

韩国团队的电池结果

在国内，中国科学院半导体研究所材料科学重点实验室蒋琦博士今年也在游经碧研究员与张兴旺教授的指导之下采用两步连续沉积法对平面结构钙钛矿太阳能电池中的PbI2含量进行控制，成功获得了小尺寸21.1%(0.0737 cm2)和大尺寸20.9%(1 cm2)的钙钛矿太阳能器件。

中科院蒋琦博士结果

不仅在电池的研发方面国内学者紧追不舍，在电池的产业化方面，国内的科研机构和公司更是站在了世界的前列。2017年9月上海交大材料科学与工程学院韩礼元教授团队宣布经过3年努力，解决了在大面积高质量钙钛矿薄膜制备的难题，开发出了有效面积36.1 cm2的钙钛矿电池微组件，在日本产业技术综合研究所(AIST)获得了12.1%的认证效率。韩礼元教授此前任职于日本国立材料研究所(NIMS)，在染料敏化太阳能电池和钙钛矿领域均有重要贡献。

上海交大团队钙钛矿太阳能微组件