浅谈钙钛矿太阳能电池技术与发展

环境友好。

(7)可制备高效柔性器件: 可以采用辊-辊大面积制造工艺将电池制在塑料、织物等柔性基底上, 作为可穿戴、移动式柔性电源。 Liu等人在大于1 cm2的柔性衬底上制备的钙钛矿柔性电池具有 10.2%的转换效率, 是柔性太阳能器件发展中的一个里程碑,其结构简单如图 6 所示。

图6全固态钙钛矿太阳能电池结构和工作原理示意图(a), 以及剖面结构 SEM 图(b)

近几年来钙钛矿太阳电池的发展和研究均表现出了良好的趋势，短短几年成为了当今最有发展前途的光伏技术之一。钙钛矿太阳电池不仅可以低了制备成本及使用成本，而且高达50%的理论光电转换效率，是当前市场上主流太阳电池效率的两倍。从2009年，光电转化效率的不到4%的钙钛矿太阳电池的首次报道以来，短短5年的时间里，在2013年转换效率已经突破15%。钙钛矿太阳电池的发展速度超出了人们的预期，平均每年提高3%左右的光电转换效率以及最高效率突破15%，被美国《SCIENCE》评为2013年十大科技突破之一。随后，英国的《NATURE》在2014年初预测钙钛矿太阳电池会在当年光电转换效率会突破20%，更加环保的无铅钙钛矿太阳电池也会在当年问世，这在当年被光伏领域作为了最值得期待的科技突破之一，光伏领域的研究者对钙钛矿太阳电池的研究热情被点燃了。目前，整个钙钛矿太阳电池领域的研究发展趋势有以下的几个方面：拓宽吸收光谱范围、获得较高的开路电压、制备出高质量钙钛矿结构有机金属卤化物、开发新型空穴传输材料和光阳极材料、提高器件的一致性和稳定性、研究电池的机理性能和测试方法、制备平面异质结钙钛矿太阳电池、有机电子输运材料型钙钛矿太阳电池、透明型钙钛矿太阳电池以及大面积的钙钛矿太阳电池。

目前，钙钛矿太阳电池的光电转换效率在实验室水平已经突破了20%，但是还有若干关键因素对钙钛矿太阳电池的发展有制约作用：(1)高性能电池器件的

重现性。虽然钙钛矿太阳电池的转换效率一直在提高，但是较差的重现性会影响到将来大规模应用和进一步的科学研究。钙钛矿太阳电池在制备过程对细微条件的变化非常敏感，这导致同一条件下制备出的一组电池的光电转换效率有很大的统计偏差。(2)太阳电池器件的稳定性。钙钛矿太阳电池在暴露在大气环境下光电转换效率存在严重的衰减，另外紫外光照、温度、水分、有机分子也会影响到钙钛矿太阳电池的稳定性。所以开发稳定性较高的电子/空穴传输材料、光吸收层等太阳电池的组成材料，寻找简单有效的的电池器件封装的方法，将会提高钙钛矿太阳电池的稳定性有帮助。(3)大面积太阳电池的制备。高转换效率的钙钛矿太阳电池的有效光照面积都比较小，加大制备面积后造成了器件薄膜的均匀性变差，使得大面积的太阳电池的转换效率不高。目前，制备钙钛矿太阳电池最常用的是旋涂法，这种方法不利于大面积、连续的钙钛矿薄膜的制备。所以对新制备方法的探索和研究，希望可以制备出大面积高效率的电池器件，为以后的大规模的商业化生产提供可能性。(4)环境污染问题。常用的钙钛矿太阳电池的吸收层中含有可溶性重金属Pb，并且在器件制备过程中还可能用到有毒性的有机溶剂，易对环境造成污染。开发出环境友好型无Pb的钙钛矿太阳电池已经成为了新的研究方向。(5)钙钛矿太阳电池的理论研究。来源于染料敏化电池的钙钛矿太阳电池在短时间的飞速发展和取得的成绩，使得研究者将更多的精力放在了如何改进薄膜的合成方法、提高材料的性能和电池的效率上面，对电池微观物理机理、材料的基本性质、电池工作机理的深层认识还缺乏。增强钙钛矿太阳电池的理论研究，不仅可以进一步提高电池性能，而且也可以为寻找更简单、高效的新型结构提供思路。由于钙钛矿太阳电池独特的性质，使其具有非常光明的产业前景，成为了现有的商业太阳电池最有潜力的竞争者之一。因此，钙钛矿太阳电池的积极的开展和研究对抢占太阳电池行业发展的先机，促进新型太阳电池技术的升级换代具有重要意义。从长远意义上考虑，开展钙钛矿太阳电池研究，推动其大面积产业化，为人类获得更廉价、更方便的环保清洁能源，以及对经济和整个人类的可持续发展、提高绿色GDP、治污防霾都具有重要意义。

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