編輯：高明

審核：chen

鈣鈦礦太陽能電池作為第三代新概念太陽能電池代表，近年來備受關注，這得益于其具備的種種優(yōu)勢，譬如：它采用溶劑工藝，可以在常溫下制備，生產(chǎn)成本大大下降；柔性好、可大面積印刷，在光伏產(chǎn)業(yè)的應用有著為可觀的前景；清潔廉價無限制，可為能源供應難題提供有效方案等等。

不僅如此，鈣鈦礦太陽能電池之所以成為代表，一個更加備受矚目的優(yōu)勢就在于——它的原料多為液態(tài)，可以用來制備大面積柔性電池及設備，在未來或許可以應用于可穿戴智能設備上，邊走路邊發(fā)電！

這種在電影中才出現(xiàn)的鏡頭將來會成為日常，想想是不是就覺得很炫酷呢？但要想實現(xiàn)這一場景，還需解決三個難題，這也是鈣鈦礦太陽能電池尚未實現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)生產(chǎn)的原因。哪三個問題呢？本次“前沿應用”欄目將帶大家一探究竟~

短壽之憾

我們知道，對于電池來說，一個重要衡量指標就是使用壽命。鈣鈦礦電池實際生產(chǎn)和應用所面臨的困難中，一個重要問題就是它的壽命只有短短數(shù)月，遠遠低于硅基太陽能電池，這也是其實現(xiàn)商業(yè)化面臨的個問題。

鈣鈦礦電池不夠穩(wěn)定，主要是因為鈣鈦礦電池對水、熱、氧環(huán)境度敏感，使得電池結構不穩(wěn)定，易產(chǎn)生不可逆降解。要延長鈣鈦礦電池的壽命就要提高穩(wěn)定性，目前主要有兩種方法，一種是采用復合型鈣鈦礦材料，提高其本身的穩(wěn)定性，另一種就是找到合適的添加劑物質，來抑制鈣鈦礦材料的分解。

目前關于這方面的研究已經(jīng)緊鑼密鼓地展開。就在今年1月份，歐洲薄膜太陽能電池研究聯(lián)盟Solliance，TNO，imec和埃因霍溫科技大學，就報道了一種采用工業(yè)工藝（濺射鍍膜，狹縫涂布鍍膜，原子層沉積和基于激光的互連）制造的封裝鈣鈦礦太陽能電池模組，該模組經(jīng)受既定的壽命測試，即耐光性測試，耐濕熱測試和熱循環(huán)測試，具有出色的穩(wěn)定性。相信未來能有更多的方法能夠應用于鈣鈦礦電池的分解問題解決。

圖片來源：pixabay

效率之痛

電池的效率是評價電池性能的另一個重要指標，在過去十年，鈣鈦礦太陽能電池的效率有不少提升。根據(jù)《科學》（Science）今年4月發(fā)表的一篇報道，鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率已經(jīng)上升到26.7％，非常接近傳統(tǒng)晶體硅太陽能電池的效率。

但事實上，鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率依然有很大提升空間，這是因為轉化過程中，通電的載流子會因為缺陷問題被卡住，從而降低電池效率。

那么，什么是載流子壽命呢？它為何成為影響太陽能電池效率的重要指標呢？據(jù)HORIBA資深工程師Ben Yang博士介紹，鈣鈦礦太陽能電池產(chǎn)生的電能來源于電荷的分離、遷移和重組，其中電荷可以擴散多遠、游離多久——即載流子壽命，很大程度上就決定了太陽能電池的效率。載流子壽命越長，電池的效率也越高。

圖片來源：pixabay

既然載流子壽命如此重要，那如何提升載流子壽命呢？

精確測量是步，通過不斷測量找到效率低下的關鍵問題，進而改進。“熒光壽命測量是一種常用于表征載流子壽命的技術，通過測量電荷重組率，進而標定電池的效率。HORIBA為測量熒光壽命研發(fā)了相應的產(chǎn)品。” Ben Yang博士如是說道。

DeltaFlex和DeltaPro熒光光譜儀是專門的測量熒光壽命的分析儀器，它們可以監(jiān)測光收集過程的效率，通過儀器搭配的TCSPC系統(tǒng)，研究人員可以測量重組率。另外，使用HORIBA QuantaMaster™、Fluorolog和FluoroMax®熒光光譜儀，并聯(lián)合HORIBA-IBH 熒光壽命組件，還可以完成測試鈣鈦礦材料對不同光吸收的效率。

tips：如果您想了解更多熒光光譜儀的解決方案，點擊閱讀原文提交需求，我們的工程師會盡快聯(lián)系您~您也可以進入HORIBA微信公眾號的圖書館欄目，查看下載更多解決方案。

值得慶幸的是，同樣是今年4月，《自然》(Nature)雜志發(fā)表了一篇論文，介紹了劍橋大學等機構合作成果——鈣鈦礦材料中影響載流子壽命的“缺陷”根源。相信通過精準的測量和缺陷根源的追溯，載流子的壽命將會一步步提升，鈣鈦礦電池的效率也會進一步改善

圖片來源：pixabay

量產(chǎn)之難

實現(xiàn)商業(yè)化后一個攻關的技術點，便是“量產(chǎn)”。要實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，就必須將鈣鈦礦從實驗室搬到工廠，這是其終走向市場的關鍵。

然而目前幾乎所有高效率的鈣鈦礦太陽能電池都是用旋涂法制備的，即將鈣鈦礦材料一般旋涂于金屬氧化物骨架上進行制備。然而旋涂法難以沉積大面積、連續(xù)的液膜，在實驗室中制備，尺寸只有幾厘米大小，因此無法滿足工業(yè)化的高吞吐量與規(guī)模化制備的要求。這就成為鈣鈦礦太陽能電池量產(chǎn)的一個難題。

近年來，也出現(xiàn)了一些其他適用于規(guī)模化生產(chǎn)的制備方法，像是：刮刀涂布法、電沉積等等，尤其是刮刀涂布法，它的基底溫度可控，因此在規(guī)模化制備高質量、大晶粒鈣鈦礦薄膜方法中脫穎而出。更值得欣慰的是由刮刀涂布法制備的鈣鈦礦太陽電池，效率也能達到20%，十分接近旋涂法制備的器件。未來通過不斷地研究，相信它地效率能更進一步。

圖片來源：pixabay

從上文可以看出，盡管短壽之憾、效率之痛、量產(chǎn)之難，這三點是制約鈣鈦礦太陽能電池快速走向市場的三個問題，但我們?nèi)匀粚︹}鈦礦太陽能電池的發(fā)展前景抱有大的期待。目前眾多公司投資鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)就是證明，相信產(chǎn)學研結合的能夠解決大規(guī)模制備技術的提升，幫助鈣鈦礦太陽能電池在商業(yè)化道路上大步邁進。

沒有什么不可能，只要我們勇突破！現(xiàn)在不妨設想一下，鈣鈦礦太陽能電池就在我們的穿戴設備上，比如涂覆在手機表面上，那是怎樣的情形呢？

我們再也不用擔心手機沒電了！開心吧？

>>>>   免責說明

HORIBA Scientific公眾號所發(fā)布內(nèi)容（含圖片）來源于文章原創(chuàng)作者提供或互聯(lián)網(wǎng)轉載。文章版權、數(shù)據(jù)及所述觀點歸原作者原出處所有，HORIBA Scientific 發(fā)布及轉載目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡分享，供讀者自行參考及評述。如果您認為本文存在侵權之處，請與我們?nèi)〉寐?lián)系，我們會及進行處理。HORIBA Scientific 力求數(shù)據(jù)嚴謹準確，如有任何失誤失實，敬請讀者不吝賜教批評指正。我們也熱忱歡迎您投稿并發(fā)表您的觀點和見解。

>>>>   HORIBA科學儀器事業(yè)部

HORIBA Scientific 致力于為科研及工業(yè)用戶提供先進的檢測和分析工具及解決方案，如：光學光譜、分子光譜、元素分析、材料表征及表面分析等先進檢測技術，旗下Jobin Yvon光譜技術品牌創(chuàng)立于1819年，距今已有200年歷史。

如今，HORIBA 的高品質科學儀器已經(jīng)成為科研、各行業(yè)研發(fā)及質量控制的，之后我們也將持續(xù)專注科研領域，致力于為用戶提供更好的服務。