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晶硅钙钛矿叠层电池

距离产业化还需要时间

光电转换效率一直是评价光伏技术潜力的核心指标。光电转换效率越高，意味着同样的面积、吸收同样光的太阳能电池能发出更多的电。目前，传统晶硅电池的光电转换效率已接近29.4%的理论极限，未来效率提升空间较小；而晶硅-钙钛矿叠层电池是一种将晶体硅太阳能电池与钙钛矿太阳能电池叠加在一起的结构，通过优势互补和协同作用，实现了转换效率的提升，理论效率极限可达43%，被视为突破晶硅单结电池效率极限的主流技术方案。

一方面，晶硅太阳能电池能够吸收可见光的一部分光谱，而钙钛矿太阳能电池则能够吸收可见光和近红外光谱。两种电池层叠在一起，能够更充分地利用太阳光谱的各个波段，实现光谱互补。另一方面，晶硅太阳能电池具有较高的电子收集效率，钙钛矿电池具有较高的光电转换效率。两种电池层叠在一起，可以充分利用光的吸收和电子的传输，实现效应互补，从而提高整体性能。

（文章内容来源于网络）

“之所以选择异质结与钙钛矿做叠层，一方面是因为异质结技术属于低温工艺，有利于钙钛矿薄膜生长；另一方面也是考虑到在两端叠层的情况下，异质结叠层转换效率较高。”预计到明年下半年，隆基绿能晶硅—钙钛矿叠层电池将实现35%的转换效率。作为一种超高功率的组件形态，该电池未来不仅可以用于大型电站，也可用于空间飞行器的太阳能发电系统。“光伏行业是一个以成本为导向的行业，降本增效是发展核心，而持续提升光伏电池的转换效率是降低整个光伏发电成本的有效举措。一旦这种高效率的电池技术真正实现量产，将促进光伏发电成本大幅下降，对于推动我国光伏市场的增长都是利好的。而光伏市场的增长也会带动整个能源变革和能源转型。

未来7年无论是钙钛矿或是其他宽带隙技术，仍然要不断地创新，从而解决长期可靠性等问题。“举例来说，当前晶硅组件首年效率衰减低于1%，未来生命周期中每年衰减在0.3%左右，但钙钛矿组件的衰减要明显更快。这是需要解决的问题。

武汉大学发表新成果

全钙钛矿叠层太阳电池

近日，正值武汉大学即将迎来130周年~相关研究团队发表了关于全钙钛矿叠层太阳能电池的研究成果。新型金属卤化物钙钛矿是一种分子通式为ABX3的晶体材料，具有制备工艺简单、缺陷容忍度高、吸收系数高、载流子扩散长度长等优点，在光电子器件领域备受关注，被认为是下一代前景的光伏材料之一。其中，单节钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经与传统硅基电池相当，但是想要进一步提升其效率将越来越困难。

全钙钛矿叠层电池由顶部的宽带隙钙钛矿子电池和底部的窄带隙钙钛矿子电池一体化叠加而成，而其中不够优异的窄带隙钙钛矿子电池是其未来实现商业化应用的绊脚石之一，也是领域内的共性挑战问题。基于此，方国家、柯维俊团队通过天冬氨酸盐一体化掺杂策略同时提高了窄带隙钙钛矿子电池的效率和稳定性，实现了稳态效率27.62%（第三方认证效率27.34%）的目前两端全钙钛矿叠层电池的高效率之一。

研究中，研究者巧妙地将天冬氨酸盐酸盐引入到底部空穴传输层、钙钛矿体吸光层和上界面层中，开发了一种采用同一分子处理的一体化掺杂策略。研究发现，AspCl-SnI2和AspCl-PbI2具有很低的形成能，有利于形成中间体或者络合物，极大地改善了钙钛矿薄膜的质量。除了与钙钛矿前驱体配位外，AspCl分子还具有很强的分子间氢键，富集在钙钛矿上、下界面处的AspCl还充当了钙钛矿层和传输层界面之间的分子锁，进一步提升了钙钛矿材料的性能和稳定性。

研究结果表明，AspCl可以有效地抑制二价锡氧化，和减少有害的四价锡杂质。进一步的研究还表明，AspCl的引入可以钝化钙钛矿材料的缺陷，调节费米能级，抑制有害的离子迁移等，从而加强了器件的性能和稳定性。这种简易的一体化掺杂策略实现了一举多能，为窄带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳能电池的性能提升提供了一个极有前景的方法，也有望促进其他光电领域的发展。

更多机构同时研究

“均匀化”钙钛矿提高太阳能转化率

太阳能是地球上生命最主要的能量来源。它取之不尽，与煤、石油这些传统能源相比，更加清洁环保。科研人员发明了太阳能发电技术，将光能转化为电能，用于生产生活需求。而钙钛矿太阳能电池正是太阳能电池领域里的一位“新秀”。钙钛矿不是一种矿物质，而是一种晶体结构。它对于可见光具备非常高的吸收和转化效率，天生具有能制备高效率太阳能电池的特性。晶硅太阳能电池效率由最初的3%提升到目前的26%，花了将近80年时间；而钙钛矿太阳能电池效率由3.8%提升到目前的26%，只用了10多年时间。

一块钙钛矿太阳能电池，厚度约为1微米，相当于一张A4纸厚度的百分之一。薄，意味着电池本身整体重量很轻，可以叠加在现有的晶硅太阳能电池上；薄，意味着透光性好，可以获取更多光能；薄，但柔性强，未来有望应用在航天航空、可穿戴设备上。

（文章内容来源于网络）

然而，钙钛矿太阳能电池仍然存在一些问题。比如，稳定性差、目前户外使用寿命仅有2年至3年、光电转换效率提升速度明显放缓，这些都是制约钙钛矿太阳能电池产业化发展的核心问题，也是科研人员攻坚的难点所在。此次工作中，研究人员发现，钙钛矿薄膜内的阳离子在垂直方向上分布不均匀，于是提出“均匀化”阳离子相分布策略，并制备出高效钙钛矿太阳能电池，获得26.1%的光电转换效率，连续光照稳定性测试达到2500个小时。

除了优异的效率，钙钛矿太阳能电池制作工艺简单、成本低。在常温下，将几种化学物质混合在溶液中，再像“刷墙”一样将溶液“刷”在衬底上，就可得到钙钛矿薄膜。最后加上电子传输层、金属电极等功能层，一块钙钛矿太阳能电池就制作完成。

钙钛矿几个工艺

真空镀膜重要性

在太阳能电池的生产中，镀膜、刻蚀、封装是三大核心工艺环节：

镀膜：钙钛矿的制备工艺与其他薄膜电池类似，需要通过溶液涂布法、溶液喷涂法、气相沉积法等方式，制备高纯度、缺陷少、高覆盖率、致密的钙钛矿层薄膜与传输薄膜，以改善不同层结构之间的电学接触，减少传输过程中的损耗，实现高的电池转换效率。

刻蚀：通过多道激光刻蚀，可以构建钙钛矿电池中的电路结构，把多个钙钛矿电池串联成组件。

封装：目前的封装技术采用了类似晶硅的技术，主要是替换掉原本晶硅用的EVA胶膜，因为EVA是聚醋酸乙烯酯，它的聚合不可能完成，里面一定会存在醋酸的残基，而醋酸会跟胺类反应成氨基酸，所以从原理上EVA不可用在钙钛矿，钙钛矿主要用POE材料。

无论是哪种太阳能，都离不开表面镀膜：目前所有的技术方法，都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中，喷中心镀膜液富集多，造成花斑；表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一，导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀；即使均匀性辊涂法，受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约，也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提高的情况下，其结果一方面造成组件的色差影响外观，另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应，影响组件的耐久性。

针对这一问题，在制备太阳能电池时，一般是需要使用真空镀膜手套箱的：由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。在手套箱氮气环境里里旋涂钙钛矿前驱液，避免接触水和空气，可以直接通过连接藏舱将制备好的钙钛矿电池传到蒸发舱里，蒸发电极，全程实验都可以做到无水无氧的环境下操作。

方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内，配套膜厚仪，分子泵，机械泵，4个蒸发源，合理的蒸发源布局，保证每个蒸发源到基片的距离一样，提高了成膜质量和均匀性；整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。主要用于太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。

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