鈣鈦礦太陽能電池應(yīng)重“疊層”

　　近期，鈣鈦礦太陽能電池研究領(lǐng)域異?；馃帷倓傔^去不久的3月份，《科學(xué)》連續(xù)刊發(fā)4篇有關(guān)鈣鈦礦太陽能電池的研究論文，其中關(guān)于鈣鈦礦與硅的疊層太陽能電池的文章就有3篇。

　　鈣鈦礦太陽能電池的熱點科學(xué)問題是什么?受關(guān)注的解決策略有哪些?近期發(fā)表的文章對熱點科學(xué)問題有什么貢獻?帶著這些問題，4月15日，《中國科學(xué)報》專訪了中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員李永舫。

　　“3篇采用疊層技術(shù)的文章值得重視，將來可能會進一步提升商品化硅太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率，但這一方向目前國內(nèi)開展研究的不多?！崩钣吏持赋?，“國內(nèi)研究者應(yīng)該重視鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的研究，尤其是在現(xiàn)有硅太陽能電池生產(chǎn)線技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池生產(chǎn)技術(shù)，同時需要研究疊加鈣鈦礦太陽能電池后對原來的硅太陽能電池產(chǎn)品穩(wěn)定性和壽命的影響?！?/p>

　　《中國科學(xué)報》：為何鈣鈦礦太陽能電池這么受關(guān)注? 

　　李永舫：鈣鈦礦太陽能電池是利用一種新興的鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料，進行光電轉(zhuǎn)換的光伏器件。最近幾年，鈣鈦礦太陽能電池得到快速發(fā)展，能量轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)超過25%，并且具有低成本溶液加工的優(yōu)勢，擁有很大的應(yīng)用潛力。

　　在潛在應(yīng)用領(lǐng)域中，它的競爭對手是硅光伏電池。當(dāng)今商用光伏市場份額主要被硅光伏電池占據(jù)，因為它可以穩(wěn)定提供超過18%的組件能量轉(zhuǎn)化效率、25年以上的使用壽命以及0.3美元/瓦的低成本，接近于電網(wǎng)平價的水平。

　　《中國科學(xué)報》：要與硅光伏電池競爭，鈣鈦礦太陽能電池在科學(xué)上還需要加強哪些工作? 

　　李永舫：相比之下，新興的鈣鈦礦太陽能電池仍然需要在各方面更加成熟，除了效率以外，還應(yīng)關(guān)注穩(wěn)定性、大面積器件的生產(chǎn)工藝、材料和器件制備的成本等等，才能真正形成產(chǎn)業(yè)競爭力?，F(xiàn)在提升穩(wěn)定性應(yīng)當(dāng)作為鈣鈦礦太陽能電池研究的重點，因為這是鈣鈦礦太陽能電池能否實現(xiàn)實際應(yīng)用的關(guān)鍵。

　　《中國科學(xué)報》：近期的3篇《科學(xué)》論文有哪些特點?對上面提到的工作有什么幫助嗎? 

　　李永舫：我花了一些時間，仔細讀了近期3篇《科學(xué)》上發(fā)表的前沿工作，都是針對鈣鈦礦光伏材料的另一種潛在應(yīng)用方式：鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池。疊層技術(shù)是進一步提高效率從而降低光伏發(fā)電成本的有效途徑。

　　鈣鈦礦太陽能電池相比硅太陽能電池，能更有效地利用高能量的紫外和藍綠可見光，而硅太陽能電池可以有效地利用鈣鈦礦材料無法吸收的紅外光，因此，通過疊層方式組合這些高效的單電池，可以突破傳統(tǒng)純硅光伏電池的理論效率極限，進一步提升硅光伏電池的效率。

　　比如，3月6日，美國科羅拉多大學(xué)團隊發(fā)表的這篇論文，獲得了截至目前文獻報道的鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池27%的最高能量轉(zhuǎn)化效率。這項工作重點圍繞一直以來備受關(guān)注的問題：氯元素在混合鈣鈦礦中的功能與作用。研究人員利用一系列材料學(xué)表征手段進行了研究，并通過對鈣鈦礦組分以及氯的調(diào)節(jié)，加上電池制備集成工藝上的經(jīng)驗積累，得到了如此高的效率和較好的穩(wěn)定性。

　　同日，加拿大多倫多大學(xué)、沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)等團隊合作發(fā)表的論文，創(chuàng)新點集中在疊層電池連接技術(shù)的有效精簡上，尤其是在復(fù)雜的紋理化硅電池表面制備疊層器件的連接技術(shù)。對于商品化的硅太陽能電池，為了提高太陽光的吸收和利用，在硅電池表面大多會制備成紋理化結(jié)構(gòu)，因此該項研究工作對于與商品化的硅太陽能電池生產(chǎn)技術(shù)的接軌具有潛在的優(yōu)勢和實用性。

　　3月26日，美國國家可再生能源實驗室和韓國首爾大學(xué)團隊合作發(fā)表的論文，思路仍然集中在鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池中的寬帶隙鈣鈦礦材料本身的調(diào)控上，創(chuàng)新點是通過調(diào)節(jié)鈣鈦礦中陰離子添加劑工程，達到了26.7%的高效率，這也是世界領(lǐng)先的水平。

　　《中國科學(xué)報》：這些工作有哪些不足之處? 

　　李永舫：這3篇文章都沒有特別關(guān)注如何解決鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性問題，報道的器件效率也都源自實驗室的小面積器件，還沒有把握能將這種技術(shù)應(yīng)用到商業(yè)化硅太陽能電池中。

　　除了效率以外，還應(yīng)關(guān)注穩(wěn)定性、與現(xiàn)有硅太陽能電池生產(chǎn)工藝的匹配、工藝精簡程度、材料成本，還有大面積太陽能電池的效率是否可以同步提升等。

　　《中國科學(xué)報》：中國科研工作者有什么經(jīng)驗可以借鑒? 

　　李永舫：這種鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池是進一步提升硅太陽能電池效率的有效手段，它可以結(jié)合傳統(tǒng)硅電池成熟的生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢，在其基礎(chǔ)上對能量轉(zhuǎn)化效率作進一步提升。目前中國在整個鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域處于前沿水平，有一些公司已經(jīng)開展了大面積器件制備和應(yīng)用研究。但是，國內(nèi)有關(guān)硅和鈣鈦礦疊層太陽能電池方面的研究不多。

　　國內(nèi)相關(guān)研究者應(yīng)該重視鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的研究。我國硅太陽能電池的生產(chǎn)技術(shù)水平在國際上處于領(lǐng)先地位，商業(yè)化硅太陽能電池的產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的50%以上，應(yīng)該在現(xiàn)有硅太陽能電池生產(chǎn)線技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的生產(chǎn)技術(shù)，進一步提升商品化硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。同時需要研究和解決疊加鈣鈦礦電池后形成的疊層器件對硅太陽能電池穩(wěn)定性和壽命的影響問題。