華中科技大學武漢光電國家實驗室陳煒副教授在訪問日本國立物質與材料研究院(NIMS)期間,在鈣鈦礦薄膜太陽能電池研究領域取得重要進展。
如圖3-4所描述,通過簡單改變掃描條件即可消除遲滯效應、以及良好的穩定性是保證我們的大面積電池在日本AIST這種堅持最嚴格測試標準的認證機構取得認證成功的重要原因(圖5)。我們的結果被號稱“太陽能電池之父”的Martin Green教授接受,并首次寫入由他聯合NREL、AIST等權威部門編纂的《Solar cell efficiency tables, (version 46)》,見圖6的“Table I”;這與之前韓國KRICT在Newport認證的小面積電池結果不同,他們的結果在Table III,被歸類為“Notable exceptions”和“not class records”,主要原因在于面積過小容易引起較大測量誤差。關于嚴格測試的重要性在最近連續幾篇Nature子刊的評論文章中可以讀到。我們大面積鈣鈦礦電池認證成功,使得鈣鈦礦太陽能電池的性能指標首次能夠與其他類型太陽能電池在同一個標準下進行比較。并且,通過1cm2的器件可以估計更大面積電池模組的理論最大性能,因為更大面積的模組通常是由寬度為1cm2左右的長條狀電池串并聯組成,兩者來自導電玻璃的電阻損耗相當。此外,基于我們的測試結果,AIST將與全球其他權威認證機構探討建立新型鈣鈦礦太陽能電池的檢測標準,相信以后會有更多鈣鈦礦太陽能電池的認證結果出自NREL、AIST等權威機構。
圖5. 日本AIST認證結果,電池面積1.017cm2

圖6. 認證結果為《Solar cell efficiency tables,(version 46)》收錄
最后,我們認為,通過進一步改進鈣鈦礦薄膜質量和組分(例如以NH2-CH=NH2+離子取代CH3NH3+離子),大面積鈣鈦礦太陽能電池的效率記錄可以很快推進到20%的水平。而關于穩定性則需要做更多更深入的研究工作,目前的器件仍存在一定程度的衰減(盡管衰減較小),除了所使用鈣鈦礦材料CH3NH3PbI3自身可能的分解外,可能與封裝強度也有關。通過成分調控將CH3NH3PbI3鈣鈦礦材料的結晶溫度(反之也是晶體退化溫度)從目前的70-80 提升到100-120 以上,并采用更可靠的封裝方式避免濕氣的緩慢滲透,將有可能得到壽命足夠長的電池器件。陳煒副教授已經獲得風險投資意向,開始鈣鈦礦太陽能電池的中試研發,企業的介入將加快推動具有實用價值的新型光伏器件的誕生。
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