国际最高效率大面积钙钛矿太阳能电池有突破！新型光伏器件产生！

我国荣获国际最高效率大面积钙钛矿太阳能电池权威认证。

众所周知，目前的全球气候问题已经十分严重，化石能源的大量使用导致严重的污染，不可再生资源的短缺也时刻威胁着全球的生产生活，而太阳能等清洁能源的研发一直都是世界能源技术的核心热点话题。

今天我们要介绍的这位是2015中国十大新锐科技人物的候选人之一，陈炜。而他最重要的成果就是研发出了国际最高效率大面积钙钛矿太阳能电池，并且已经获得了世界最权威机构的成功认证。

陈炜，华中科技大学的副教授，武汉光电国家实验室研发人员，曾经访问了日本国立物质与材料研究院（NIMS），并在钙钛矿薄膜太阳能电池研究领域取得了重大研究成果。并基于于P-i-N反式平面结构，优化了界面，解决了钙钛矿太阳能电池的效率、迟滞、器件的稳定性、大面积器件的均匀性和一致性上等重大问题。同时还获得了日本产业技术综合研究所(AIST)（国际权威太阳能电池认证机构）的成功认证，为大面积 (>1 cm2)钙钛矿太阳能电池国际最高效率——15% 。并且第一次将大面积钙钛矿太阳能电池录进了权威太阳能效率记录表《Solar cell efficiencytables (Version 46)》，于2015年11月在 Science发表了最新的研究成果论文。

太阳能作为全球一致认为的最清洁的可持续能源，一旦可以大规模地投入生产使用，人类的能源危机将可以得到很大程度上的解决。最主要的是可以大大减少空气等污染，特别是对温室效应、雾霾等非常严峻的污染现象可以缓解。

第一代的晶体硅太阳能电池和第二代的CIGS、CdTe薄膜太阳能电池的光伏技术目前每年的增长速度为30%，但是发电总量依旧不足全球总能源需求量的1%。让太阳能达到高效率、大规模使用、甚至取代化石能源的地步，俨然成为了全球都在奋力解决的事情。

其实钙钛矿太阳能电池技术也是最近三年才出现的，但是它的效率增长速度却是十分地惊人。目前韩国该技术的效率已经能达到20.1%，居世界首位，其发展程度几乎已经达到了拥有数十年经验的CIGS等薄膜太阳能电池的水平。下面是美国可再生能源实验室（NREL）编纂的最新效率记录表：

而且制作钙钛矿太阳能电池的卤化物钙钛矿材料AMX3（A = CH3NH3+,NH2-CH=NH2+，Cs+等; M = Pb2+,Sn2+，Ge2+，Co2+，Fe2+，Mn2+，Cu2+，Ni2+，Bi3+等; X = Cl?,Br?, I?等）的原料非常丰富，成本也低，具有良好的光电性质，可进行溶液加工，低温制备等诸多优点，这能够大大降低生产成本，甚至仅仅是晶体硅太阳能电池生产成本的1/3-1/5。

可见，钙钛矿太阳能电池较高的效率以及较低的成本，无疑成为了最有潜力的光伏市场，但是依旧存在诸多的限制。

美国可再生能源实验室光伏认证中心负责人Keith Emery博士和澳大利亚新南威尔士大学Martin Green教授曾表示说：首先钙钛矿太阳能电池的稳定性不够，在测试过程中发生了多次衰变的问题，因此无法得到众多第三方的权威认证，真实性遭人怀疑；其次，迟滞现象也是一大问题，很多研究论文仅凭一种扫描方式得出结论，存在严重问题。因此像Keith Emery和Martin Green这样的全球最权威的太阳能电池认证中心一直都无法给出钙钛矿电池技术的认证，仅仅只是一些小面积（<0.1cm2）的钙钛矿太阳能电池得到了认证，其他权威机构对大面积的谁也无法给予肯定态度。

而陈炜的大面积钙钛矿太阳能电池在测试了数万条的IV曲线之后，发现P-i-N反式平面结构的电池可以消除迟滞效应。优化了界面功能之后，用稳定、高导电、能带调控的重掺杂型无机界面材料在电极附近分别抽取电子和空穴，能够做到大面积范围地解决界面的缺陷问题。

陈炜不仅解决了原有缺陷，他的研究还有更多发现：第一，首先获得了最佳的填充因子高达0.83，近1.1V的开路电压，小面积（0.09 cm2）电池的效率达到了18.3%，大面积（1.02 cm2）电池的效率也提升至16.2%；第二，迟滞效应非常小，大量的电池都展现了高度一致的工艺可重现性和器件性能；第三，具有迄今为止最好的稳定性，1000小时的持续光照，性能上的衰减仅10%还不到，PCBM的疏水性质和无机界面层的化学稳定性很好地保护了钙钛矿层。

（基于重掺杂无机界面层的反式P-i-N平面结构钙钛矿太阳能电池结构示意图）

（取决于扫描条件的电池迟滞效应和（b）统计40块不同批次（小面积）电池性能的均一性和正反扫差异）

（ 一批次10块大面积（1.02 cm2）电池1000小时连续光照老化测试结果（测试光强：100mW/cm2，环境温度：25℃，短路情况连续电流输出）（a）归一化效率衰减<10%，（b）效率绝对值衰减统计图）

能够获得向来以最严格的测试标准著称的日本AIST的成功认证，最主要的原因就是其稳定性和迟滞效应消除的重大突破成果。并且这些发现被太阳能电池之父Martin Green教授所接受，第一次写入了他以及NREL、AIST等权威部门联合出版的《Solar cell efficiency tables, (version 46)》。这次不是小面积的认证，而是大面积上的。

这一次的成功认证，使得钙钛矿太阳能电池第一次与其他类型太阳能电池获得了同一个标准的性能比较，且1cm2的器件可以测算出更大面积上的电池模组的理论最大性能。

（日本AIST认证结果，电池面积1.017cm2）

（认证结果为《Solar cell efficiency tables,(version 46)》收录）

通过改进改进钙钛矿薄膜质量和组分的方法，就可以最大程度地推进大面积钙钛矿太阳能电池的效率，尽快达到20%的水平。同时稳定性上还需进一步的探索，毕竟还存在一定的衰减现象。这不仅与钙钛矿材料CH3NH3PbI3自身的分解有关，可能还和封装强度有关。

将CH3NH3PbI3钙钛矿材料的结晶温度从70-80℃升到100-120℃以上，以及更好的封装方式，最大程度地避免湿气的缓慢渗透，这才是得到寿命足够长的电池器件的方法。

目前陈炜已经进行了风险投资招募，更多企业以及资金的投入将会更快程度地推进新型光伏器件的产生，产生巨大的经济以及社会价值。我们拭目以待，这会是全球人类的福音。

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