全球15項鈣鈦礦光伏技術(shù)中國占8 我國技術(shù)遙遙領(lǐng)先！

　　2017年，全球各國關(guān)于鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)突破的消息頻繁爆出！

　　目前，鈣鈦礦太陽能電池被評價為光伏研究領(lǐng)域極具競爭力、最有希望實現(xiàn)低成本發(fā)電的光伏技術(shù)。鈣鈦礦太陽能電池的研究不斷刷新了光電轉(zhuǎn)化效率的紀錄。

　　光頭君對這一技術(shù)也非常感興趣，特此對其發(fā)展動向進行了分析整理，供諸君參考！

　　1、2017全球鈣鈦礦光伏15大技術(shù)研究新動向，中國占了8個；

　　上海交大團隊創(chuàng)造了第一個大面積鈣鈦礦模塊的效率世界紀錄，在國際認證機構(gòu)首次獲得了12.1%的認證效率！

　　華中科技大學(xué)武漢光電研究中心唐江教授團隊在X射線探測器領(lǐng)域取得了新進展。有望顯著降低X射線成像時需要的劑量，降低醫(yī)療測試時致癌風(fēng)險，應(yīng)用前景廣闊。

　　柔性鈣鈦礦電池器件的制備成為可能！

　　2、我國的鈣鈦礦光伏研究學(xué)者你都了解嗎，上海交通大學(xué)韓禮元、武漢光電國家實驗室程一兵、中科院物理研究所孟慶波……

　　3、8家專注于鈣鈦礦太陽能電池材料研發(fā)的企業(yè)，分布在哪兒，有著怎樣的背景？

　　惟華光能、七色光科技、寶萊特光電科技、華敏新材料、纖納光電造孚科技、萬度光能、博潤新材料……

2017全球鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換率電池大比拼

　　中國：西安交大實現(xiàn)柔性鈣鈦礦太陽能電池效率超過17%

　　高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜是實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池高光電轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。西安交通大學(xué)電信學(xué)院吳朝新教授團隊課題組找到了一種簡單方法，實現(xiàn)了高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，得到了光電轉(zhuǎn)換效率高達19.44%的反型平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池。

　　此外，將該方法應(yīng)用到柔性電池中，實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換效率為17.04%的高效率反型平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦柔性電池，位于國際最高柔性薄膜太陽能電池效率之列。

　　瑞士：鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)化效率提高到20％

　　近日，瑞士科學(xué)家將鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率提高到了20％并使其更耐用，這種太陽能電池有望更快投入商業(yè)應(yīng)用。這一成果發(fā)表在新一期美國《科學(xué)》雜志上。

　　目前太陽能電池普遍采用硅材料，其光電轉(zhuǎn)化效率可以高達25％。但硅材料太陽能電池生產(chǎn)成本高、大量消耗能源且污染環(huán)境，重量和硬度等問題也沒有得到很好解決。相較而言，價格低廉、重量輕的鈣鈦礦材料就備受青睞。

　　然而，鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化的一個限制在于，材料在陽光下容易性能衰減。

　　日本：實現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池轉(zhuǎn)換率20.5%

　　科技部網(wǎng)站12月5日消息，據(jù)日本當?shù)孛襟w報道，針對新一代太陽能電池“鈣鈦礦太陽電池”材料，東京大學(xué)先端科學(xué)技術(shù)研究中心的科研人員，在不使用銣等稀有金屬的前提下，實現(xiàn)了20.5%的高轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定發(fā)電。

　　研究通過添加地球上較多存在的鉀元素，實現(xiàn)了結(jié)晶構(gòu)造的穩(wěn)定性。研究組在進行長期耐久性試驗同時，面向松下、東芝等企業(yè)的實用化進行評價與研討。

　　美國：使用有機無機雜化鈣鈦礦提高太陽能電池效率至22%以上

　　弗吉尼亞大學(xué)一研究團隊的HOIP基太陽能電池當前效率記錄達到22%以上。他們正在研究如何提高有機—無機雜化鈣鈦礦（HOIPs）晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以延長此類材料性能的耐久性。

　　據(jù)研究小組介紹，他們已經(jīng)找到更好地處理HOIPs，使其效率更高、且在變化條件下長時保持效率的新方法。讓HOIPs分子旋轉(zhuǎn)是延長電子壽命、提高能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。研究人員使用了顯微鏡檢測設(shè)備及具有高性能計算機模擬功能的測量技術(shù)，觀察這些材料的變異分子結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示光激電子和空穴的再化合被篩分抑制，導(dǎo)致了極化子的形成，使壽命延長。

　　因而他們認為，尋找到在較寬溫度范圍內(nèi)高轉(zhuǎn)動熵的有機–無機鈣鈦礦，可能是讓太陽能電池達到卓越性能的關(guān)鍵。

　　韓國：鈣鈦礦太陽能電池認證效率達到22.7%

　　2017年韓國KRICTSeok小組認證小面積鈣鈦礦太陽能電池的效率為22.7%。

　　鈣鈦礦太陽能電池的效率記錄依然在高速刷新中，已經(jīng)完全超過以CIGS/CdTe為代表的第二代太陽電池效率記錄，同時也小幅越過了第一代太陽能電池中的多晶硅電池效率記錄，即將邁入23%的效率行列，具備了未來依次挑戰(zhàn)CIGS太陽能電池（聚光）/單晶硅太陽能電池（非聚光）25.8%/硅HIT太陽能電池26.6%/單晶硅太陽能電池（聚光）效率記錄的實力，如果能把單晶硅太陽能電池（非聚光）挑落馬下，勢必會對以單晶硅/多晶硅/薄膜晶硅為代表的第一代太陽能電池陣營形成強有力的沖擊和瓦解。

2017鈣鈦礦光伏15大技術(shù)研究新動向

　　中國

　　大面積高效率太陽能電池薄膜： 比蟬翼還薄幾十倍

　　9月中旬，上海交通大學(xué)傳出消息，《自然》在線發(fā)表其材料科學(xué)與工程學(xué)院金屬基復(fù)合材料國家重點實驗室韓禮元教授團隊的研究成果：使用更加經(jīng)濟安全的新方法，制備出比蟬翼還薄數(shù)十倍的大面積鈣鈦礦薄膜，向?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模低成本太陽能發(fā)電跨出重要一步。

　　上海交大團隊用了3年時間解決這個問題。在大面積高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜制備的基礎(chǔ)上，開發(fā)了有效面積36.1平方厘米的鈣鈦礦電池模塊，在國際認證機構(gòu)首次獲得了12.1%的認證效率，創(chuàng)造了第一個大面積鈣鈦礦模塊的效率世界紀錄。上海交通大學(xué)韓禮元教授表示，這一成果的出現(xiàn)意味著未來鈣鈦礦光伏技術(shù)有了走出實驗室、實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的可能。

　　3D打印技術(shù)研發(fā)柔性太陽能電池

　　目前研究的鈣鈦礦電池主要沉積在導(dǎo)電玻璃上，由于玻璃的易碎性，大大的限制了鈣鈦礦電池的應(yīng)用?？纱┐麟娮釉O(shè)備的逐漸發(fā)展，柔性光電子器件研發(fā)受到了人們的重視。鈣鈦礦電池屬于薄膜電池，其在一定程度上具有彎曲的能力，因而，柔性鈣鈦礦電池器件的制備成為可能。

　　華中科技大學(xué)針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，發(fā)明了柔性鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)，其目的在于通過采用高電導(dǎo)率的金屬作為底電極取代傳統(tǒng)的導(dǎo)電性較差的ITO，減小底電極電阻，使其具備制備大面積器件的潛能。據(jù)悉，華中科技大學(xué)還通過采用無需高溫加熱的摻雜電子收集層收集電子，解決了柔性基底耐熱性差的難題。

　　鈣鈦礦光伏組件制備技術(shù)取得突破

　　9月底，2017年諾貝爾化學(xué)獎大熱技術(shù)—鈣鈦礦太陽能電池，武漢理工大學(xué)程一兵團隊已取得實質(zhì)性突破，與理想的大規(guī)模應(yīng)用越來越近。

　　程一兵介紹，該團隊開發(fā)的5cm×5cm 塑料基板柔性鈣鈦礦太陽能電池組件，8月8日通過國家光伏質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心第三方認證，獲得了組件轉(zhuǎn)換效率11.4%的結(jié)果，遠超日本東芝公司于今年9月25日宣布的5cm×5cm柔性鈣鈦礦太陽能電池組件10.5%的轉(zhuǎn)換效率世界紀錄。

　　10cm×10cm 玻璃基板鈣鈦礦太陽能電池組件制備技術(shù)也獲得重大突破，在國家光伏質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心驗證的組件效率為13.98%，居國際同類產(chǎn)品第三方論證效率首位。

　　基于非鉛鈣鈦礦單晶的X射線探測器

　　華中科技大學(xué)武漢光電研究中心唐江教授團隊在X射線探測器領(lǐng)域取得了新進展。研究團隊首次提出了基于銫銀鉍溴（Cs2AgBiBr6）雙鈣鈦礦單晶的X射線直接探測，制備的探測器靈敏度可達105 µC Gy air -1cm–2，最低檢測限為59.7 nGyair s-1，工作電壓和靈敏度顯著優(yōu)于商用非晶硒探測器水平，有望顯著降低X射線成像時需要的劑量，降低醫(yī)療測試時致癌風(fēng)險，應(yīng)用前景廣闊。

　　基于氧化鋅電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池

　　近日，電子科技大學(xué)的李世彬教授和倫敦大學(xué)學(xué)院巫江博士等人以“Perovskite Solar Cells with ZnO Electron-Transporting Materials”為題在Advanced Materials上發(fā)表了綜述文章。

　　文章總結(jié)了氧化鋅電子傳輸材料的物理性質(zhì)，常見制備方法，基于氧化鋅電子傳輸材料的鈣鈦礦太陽能電池的研究進展以及氧化鋅材料對太陽能電池性能以及穩(wěn)定性的影響，并討論了提升基于氧化鋅電子傳輸材料的鈣鈦礦太陽能電池性能以及穩(wěn)定性的一些手段。

　　基于窄帶隙鈣鈦礦的寬響應(yīng)光電探測器

　　近日，北京交通大學(xué)張?？≌n題組與美國托萊多大學(xué)鄢炎發(fā)課題組基于窄帶隙(?1.25 eV)鈣鈦礦(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4成功制備了響應(yīng)光譜范圍覆蓋300—1050 nm的寬響應(yīng)鈣鈦礦光電探測器。通過優(yōu)化鈣鈦礦層及電子傳輸層C60的厚度，器件性能得到了極大的提升。

　　當鈣鈦礦層和C60層厚度分別為1000 nm和70 nm時，器件在350-900 nm的范圍內(nèi)展現(xiàn)了幾乎平坦的EQE光譜，EQE值大于65%。同時，優(yōu)化的器件在-0.2 V的偏壓下暗電流僅為3.9 nA，在近紅外波段展現(xiàn)了超過0.4 A/W的響應(yīng)度以及超過1012 Jones的比探測率，遠優(yōu)于以鈣鈦礦/窄帶隙聚合物或鈣鈦礦/量子點作為活性層的光電探測器以及和商業(yè)無機寬響應(yīng)光電探測器。

　　無機—有機鈣鈦礦材料在新型薄膜太陽能電池中的應(yīng)用

　　基于鈣鈦礦薄膜電池的研究現(xiàn)狀，中國科學(xué)院物理研究所孟慶波研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊近期以“Inorganic-organic halide perovskites for new photovoltaic technology”為題發(fā)表在國家科學(xué)評論。

　　該論文著重探討和總結(jié)了鈣鈦礦材料的半導(dǎo)體摻雜、結(jié)電場、缺陷態(tài)、離子遷移及其誘導(dǎo)的半導(dǎo)體性質(zhì)演化等關(guān)鍵物理特性。理論研究表明，三元鈣鈦礦材料的自摻雜(比如原子缺失、間隙和替位)可以誘導(dǎo)產(chǎn)生p型或n型載流子。目前，實驗上已經(jīng)初步能夠通過控制薄膜沉積的物理化學(xué)過程實現(xiàn)對鈣鈦礦載流子類型的調(diào)控，比如：在兩步法中實現(xiàn)了甲胺鉛碘空穴濃度的控制。

　　這些關(guān)鍵物理特性的理解對于鈣鈦礦器件性能的提升和新應(yīng)用的開發(fā)具有重要意義，同時也是正確評價和認知鈣鈦礦器件核心問題的基礎(chǔ)。對于鈣鈦礦器件，較低的穩(wěn)定性是其進一步發(fā)展的瓶頸之一，而物理性質(zhì)的穩(wěn)定性是其關(guān)鍵所在，值得深入關(guān)注。

　　實現(xiàn)高性能全無機鈣鈦礦納米光源

　　日前，湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院潘安練教授領(lǐng)導(dǎo)的納米光子材料與器件交叉研究團隊采用先進化學(xué)氣相沉積技術(shù)，實現(xiàn)了具有高穩(wěn)定性和高光學(xué)質(zhì)量的全無機鈣鈦礦納米發(fā)光器件制備。該研究是新型納米電致發(fā)光器件領(lǐng)域的重要研究進展。

　　美國

　　基于鈣鈦礦的透明觸摸發(fā)光式傳感器

　　近日，來自美國加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的科學(xué)家們發(fā)明了一種觸摸發(fā)光裝置，可用于壓力的瞬時可視化顯示。這種觸摸發(fā)光裝置透明度很高，主要由有機金屬鹵化物鈣鈦礦聚合物復(fù)合發(fā)射層和柔性銀納米線聚氨酯復(fù)合透明電極構(gòu)成。其還可以使用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)作為基底，實現(xiàn)彎曲性。

　　此外，這種觸摸發(fā)光器件還具有快速響應(yīng)、可像素化等特點，可應(yīng)用于機器人制造、運動檢測、指紋設(shè)備和交互壁紙等。

　　新型鈣鈦礦量子點太陽能電池打破傳統(tǒng)量子點太陽能電池局限

　　最近美國能源部（DOE）下屬的國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員成功制備出13.4％轉(zhuǎn)換效率的量子點太陽能電池，刷新了量子點太陽能電池世界效率紀錄。

　　以往的量子點太陽能電池的研究多集中在傳統(tǒng)的金屬硫化物和金屬硒化物等，而最新研究發(fā)展來自于完全不同的量子點材料，新型量子點材料中的佼佼者當屬全無機鈣鈦礦CsPbI3，這種鈣鈦礦量子點太陽能電池能夠產(chǎn)生非常大的開路電壓（約1.2V）。

　　氣體誘導(dǎo)的有機無機雜化鈣鈦礦材料的形成與轉(zhuǎn)變

　　近日，美國布朗大學(xué)Yuanyuan Zhou教授和 Nitin P. Padture 教授（共同通訊作者）在ACS Energy Letters上發(fā)表了前瞻性綜述文章“Gas-Induced Formation/Transformation of Organic−Inorganic Halide Perovskites”。

　　Zhou和Padture教授團隊近年來致力于研究氣體，特別是胺基氣體，誘導(dǎo)下有機無機雜化鹵化物鈣鈦礦的化學(xué)行為，取得了一系列的重要成果。這篇綜述回顧了包括他們在內(nèi)的世界上多個課題組在該領(lǐng)域的主要工作, 暢想了未來該領(lǐng)域的發(fā)展方向,并強調(diào)了包括理論計算以及原位表征在內(nèi)的機理性研究的重要性。

　　韓國

　　使用核桃香料為原料制造出鈣鈦礦太陽能電池

　　9月22日，據(jù)韓國媒體報道，韓國浦項工科大學(xué)化學(xué)工學(xué)科的金泰浩教授和集成課程的李俊宇團隊使用以核桃香料為原料的食品添加劑，制造出了一種環(huán)保且高效的傳導(dǎo)物質(zhì)，可以用于制作鈣鈦礦太陽能電池。該成果已經(jīng)被刊載在化學(xué)界權(quán)威期刊《美國化學(xué)學(xué)會雜志》的在線版上。

　　報道稱，鈣鈦礦太陽能電池在接收到太陽光之后，會產(chǎn)生電子和電子空穴，此時就需要一種高效的媒介把它們傳輸?shù)诫姌O上。在此之前，鈣鈦礦太陽能電池的傳導(dǎo)媒介一直使用的是有毒的氯苯。

　　意大利

　　氧化石墨烯可極大提高鈣鈦礦電池的發(fā)電效率

　　日前，佛洛倫薩大學(xué)物理與天文學(xué)院的一組研究人員在《先進能源材料》期刊上發(fā)表了他們的研究成果，表明采用氧化石墨烯這種材料可以極大提高鈣鈦礦電池的發(fā)電效率。

　　研究人員詳細闡述了石墨烯和氧化石墨烯是如何與鋰原子摻雜在一起構(gòu)成鈣鈦礦電池并提高其光電轉(zhuǎn)化效率的，不僅是載流子遷移率，電池的缺陷密度也得到很大改善。

　　科學(xué)家在制作電子傳輸層時采用石墨烯摻雜介孔材料二氧化鈦(GmTiO2)，外加氧化石墨烯隔離層(GO-Li)，發(fā)現(xiàn)載流子遷移率較普通mTiO2大大提高。

　　澳大利亞

　　高效硒化鉛量子點太陽能電池

　　膠體量子點擁有帶寬可調(diào)節(jié)、造價低廉等優(yōu)勢，被認為是一種應(yīng)用前景廣闊的太陽能電池材料，其中硒化鉛（PbSe）量子點以多重激子效應(yīng)和高效載流子遷移為著稱。

　　近日，澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Zhilong Zhang 博士（第一作者）與Shujuan Huang博士（通訊作者）等人在Advanced Materials上發(fā)表題為“A New Passivation Route Leads to Over 8% Efficient PbSe Quantum Dot Solar Cells via Direct Ion Exchange with Perovskite Nanocrystals”的文章。

　　該文章報道了一種創(chuàng)新的表面鈍化方法：通過銫鉛溴/碘鈣鈦礦納米晶與表面含氯的硒化鉛量子點之間進行離子交換，在硒化鉛量子表面形成更穩(wěn)定的混合鹵化物鈍化層。這不僅有效地提高了其熒光量子產(chǎn)率和在空氣中的穩(wěn)定性，更進一步地把硒化鉛量子點太陽能電池的最高光電轉(zhuǎn)化效率提高至8.2%。

　　瑞士

　　運用鈣鈦礦LED成功生產(chǎn)出超純綠光

　　瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETHZurich）研究團隊最近發(fā)明出一種超薄、可彎曲的發(fā)光二極管（LED），能夠發(fā)出非常高純度的綠光，雖然現(xiàn)在技術(shù)仍不成熟，但未來或許將有助于下一代電視和手機屏幕的生產(chǎn)。

　　為了讓顯示屏幕能夠呈現(xiàn)更清晰、豐富的畫面，屏幕必須能夠產(chǎn)生高純度的紅、藍及綠光，才能夠透過更細節(jié)的顏色調(diào)整來凸顯細節(jié)。目前技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)高純度的紅、藍光生產(chǎn)，但綠色由于受到視覺影響，高純度的綠光生產(chǎn)往往難以突破。

　　根據(jù)了解，研究團隊主要是使用鈣鈦礦（Perovskite）材料，采用旋轉(zhuǎn)涂布法制程，LED發(fā)光層厚度只有4.8nm，制成的LED將可以彎曲，曲率半徑為2mm，也因此能夠?qū)崿F(xiàn)卷對卷制程（R2R），不僅提高生產(chǎn)效率也可降低生產(chǎn)成本。（策劃｜光伏頭條   蘇澤）