2018年10月20日
[本篇访问: 10115]
谭海仁教授合作在《Science》上发表综述论文探讨钙钛矿光伏产业化的挑战

钙钛矿光伏材料以其优异的光电性能,近年来在众多光伏材料中异军突起。钙钛矿光伏电池的光电转换效率高、制造成本低,且不需要稀有元素(图1A),备受产业界的关注。目前,实验室小面积的钙钛矿光伏电池的认证效率已达23.3%,但其稳定性和规模化制备还未能达到实用化的程度。近日,南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授与华中科技大学韩宏伟教授团队、加拿大多伦多大学Edward Sargent教授、韩国蔚山国家科学技术研究院Sang Il Seok、美国科罗拉多大学Michael McGehee教授合作在《Science》上发表综述论文“Challenges for Commercializing Perovskite Solar Cells” (全文链接:http://science.sciencemag.org/content/361/6408/eaat8235),探讨钙钛矿光伏电池产业化所面临的挑战及实现产业化仍需努力研究的方向。

钙钛矿光伏电池的结构主要分为介孔结构、平面结构、三层介孔结构和叠层结构(图1B)。与其它光伏技术相似,钙钛矿光伏电池的面积增大会导致光电转换效率的下降。制作中等尺寸(约10 cm2)的光伏组件可使用丝网印刷、涂布和蒸发等方法。未来,制作大面积、高均匀性、高效率的钙钛矿薄膜组件仍需探索其它更加有效的制备方法。

图1. A. 各种光伏技术所需元素的丰度;B.钙钛矿光伏电池的器件结构;C. 单结钙钛矿光伏电池效率进展及其与电池面积的关系。

近期,已有光伏企业开始研发较大面积的钙钛矿光伏组件。杭州纤纳光电制作了面积17.8 cm2、光电效率17.4%的刚性钙钛矿小型组件。荷兰的Solliance公司开发了面积169 cm2、几何填充因子高达90%的钙钛矿模组。波兰的Saule Technologies使用喷墨打印的方法制备了柔性太阳能光伏电池。湖北万度光能有限责任公司(鄂州)建设了110平米可印刷钙钛矿太阳能电池的小型示范系统,展示出钙钛矿光伏组件具有良好的应用前景。此外,钙钛矿叠层组件的效率也在不断提高,Oxford PV研发了1 cm2的钙钛矿/硅叠层光伏电池,其认证效率高达27.3%,已经超越了单结硅电池的最高效率26.7%。目前,钙钛矿光伏电池的稳定性测试中使用一系列非标测试协议,在未来的研究工作中,应进一步探明器件性能衰减的机理并研发有效提升器件寿命的材料和器件结构。此外,钙钛矿组件的可靠性研究和组件的回收再利用也应当引起足够的重视。

图2. 不同类型的小型钙钛矿光伏组件。

该工作中谭海仁教授得到中组部“青年千人”及荷兰科学研究组织“Rubicon Fellowship”等项目的资助。感谢固体微结构国家实验室(筹)、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省功能材料设计原理与应用技术重点实验室的大力支持。

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)