全球15项钙钛矿光伏技术中国占8 我国技术遥遥领先！

　　2017年，全球各国关于钙钛矿太阳能电池技术突破的消息频繁爆出！

　　目前，钙钛矿太阳能电池被评价为光伏研究领域极具竞争力、最有希望实现低成本发电的光伏技术。钙钛矿太阳能电池的研究不断刷新了光电转化效率的纪录。

　　光头君对这一技术也非常感兴趣，特此对其发展动向进行了分析整理，供诸君参考！

　　1、2017全球钙钛矿光伏15大技术研究新动向，中国占了8个；

　　上海交大团队创造了第一个大面积钙钛矿模块的效率世界纪录，在国际认证机构首次获得了12.1%的认证效率！

　　华中科技大学武汉光电研究中心唐江教授团队在X射线探测器领域取得了新进展。有望显著降低X射线成像时需要的剂量，降低医疗测试时致癌风险，应用前景广阔。

　　柔性钙钛矿电池器件的制备成为可能！

　　2、我国的钙钛矿光伏研究学者你都了解吗，上海交通大学韩礼元、武汉光电国家实验室程一兵、中科院物理研究所孟庆波……

　　3、8家专注于钙钛矿太阳能电池材料研发的企业，分布在哪儿，有着怎样的背景？

　　惟华光能、七色光科技、宝莱特光电科技、华敏新材料、纤纳光电造孚科技、万度光能、博润新材料……

2017全球钙钛矿太阳能电池转换率电池大比拼

　　中国：西安交大实现柔性钙钛矿太阳能电池效率超过17%

　　高质量的钙钛矿薄膜是实现钙钛矿太阳能电池高光电转换效率的关键。西安交通大学电信学院吴朝新教授团队课题组找到了一种简单方法，实现了高质量的钙钛矿薄膜，得到了光电转换效率高达19.44%的反型平面异质结钙钛矿太阳能电池。

　　此外，将该方法应用到柔性电池中，实现了光电转换效率为17.04%的高效率反型平面异质结钙钛矿柔性电池，位于国际最高柔性薄膜太阳能电池效率之列。

　　瑞士：钙钛矿太阳能电池转化效率提高到20％

　　近日，瑞士科学家将钙钛矿太阳能电池的转化效率提高到了20％并使其更耐用，这种太阳能电池有望更快投入商业应用。这一成果发表在新一期美国《科学》杂志上。

　　目前太阳能电池普遍采用硅材料，其光电转化效率可以高达25％。但硅材料太阳能电池生产成本高、大量消耗能源且污染环境，重量和硬度等问题也没有得到很好解决。相较而言，价格低廉、重量轻的钙钛矿材料就备受青睐。

　　然而，钙钛矿太阳能电池商业化的一个限制在于，材料在阳光下容易性能衰减。

　　日本：实现钙钛矿太阳能电池转换率20.5%

　　科技部网站12月5日消息，据日本当地媒体报道，针对新一代太阳能电池“钙钛矿太阳电池”材料，东京大学先端科学技术研究中心的科研人员，在不使用铷等稀有金属的前提下，实现了20.5%的高转换效率及稳定发电。

　　研究通过添加地球上较多存在的钾元素，实现了结晶构造的稳定性。研究组在进行长期耐久性试验同时，面向松下、东芝等企业的实用化进行评价与研讨。

　　美国：使用有机无机杂化钙钛矿提高太阳能电池效率至22%以上

　　弗吉尼亚大学一研究团队的HOIP基太阳能电池当前效率记录达到22%以上。他们正在研究如何提高有机—无机杂化钙钛矿（HOIPs）晶体结构的稳定性，以延长此类材料性能的耐久性。

　　据研究小组介绍，他们已经找到更好地处理HOIPs，使其效率更高、且在变化条件下长时保持效率的新方法。让HOIPs分子旋转是延长电子寿命、提高能量转换效率的关键。研究人员使用了显微镜检测设备及具有高性能计算机模拟功能的测量技术，观察这些材料的变异分子结构。结果显示光激电子和空穴的再化合被筛分抑制，导致了极化子的形成，使寿命延长。

　　因而他们认为，寻找到在较宽温度范围内高转动熵的有机–无机钙钛矿，可能是让太阳能电池达到卓越性能的关键。

　　韩国：钙钛矿太阳能电池认证效率达到22.7%

　　2017年韩国KRICTSeok小组认证小面积钙钛矿太阳能电池的效率为22.7%。

　　钙钛矿太阳能电池的效率记录依然在高速刷新中，已经完全超过以CIGS/CdTe为代表的第二代太阳电池效率记录，同时也小幅越过了第一代太阳能电池中的多晶硅电池效率记录，即将迈入23%的效率行列，具备了未来依次挑战CIGS太阳能电池（聚光）/单晶硅太阳能电池（非聚光）25.8%/硅HIT太阳能电池26.6%/单晶硅太阳能电池（聚光）效率记录的实力，如果能把单晶硅太阳能电池（非聚光）挑落马下，势必会对以单晶硅/多晶硅/薄膜晶硅为代表的第一代太阳能电池阵营形成强有力的冲击和瓦解。

2017钙钛矿光伏15大技术研究新动向

　　中国

　　大面积高效率太阳能电池薄膜： 比蝉翼还薄几十倍

　　9月中旬，上海交通大学传出消息，《自然》在线发表其材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室韩礼元教授团队的研究成果：使用更加经济安全的新方法，制备出比蝉翼还薄数十倍的大面积钙钛矿薄膜，向实现大规模低成本太阳能发电跨出重要一步。

　　上海交大团队用了3年时间解决这个问题。在大面积高质量钙钛矿薄膜制备的基础上，开发了有效面积36.1平方厘米的钙钛矿电池模块，在国际认证机构首次获得了12.1%的认证效率，创造了第一个大面积钙钛矿模块的效率世界纪录。上海交通大学韩礼元教授表示，这一成果的出现意味着未来钙钛矿光伏技术有了走出实验室、实现大规模产业化的可能。

　　3D打印技术研发柔性太阳能电池

　　目前研究的钙钛矿电池主要沉积在导电玻璃上，由于玻璃的易碎性，大大的限制了钙钛矿电池的应用。可穿戴电子设备的逐渐发展，柔性光电子器件研发受到了人们的重视。钙钛矿电池属于薄膜电池，其在一定程度上具有弯曲的能力，因而，柔性钙钛矿电池器件的制备成为可能。

　　华中科技大学针对现有技术的以上缺陷或改进需求，发明了柔性钙钛矿太阳能电池的结构，其目的在于通过采用高电导率的金属作为底电极取代传统的导电性较差的ITO，减小底电极电阻，使其具备制备大面积器件的潜能。据悉，华中科技大学还通过采用无需高温加热的掺杂电子收集层收集电子，解决了柔性基底耐热性差的难题。

　　钙钛矿光伏组件制备技术取得突破

　　9月底，2017年诺贝尔化学奖大热技术—钙钛矿太阳能电池，武汉理工大学程一兵团队已取得实质性突破，与理想的大规模应用越来越近。

　　程一兵介绍，该团队开发的5cm×5cm 塑料基板柔性钙钛矿太阳能电池组件，8月8日通过国家光伏质量监督检验中心第三方认证，获得了组件转换效率11.4%的结果，远超日本东芝公司于今年9月25日宣布的5cm×5cm柔性钙钛矿太阳能电池组件10.5%的转换效率世界纪录。

　　10cm×10cm 玻璃基板钙钛矿太阳能电池组件制备技术也获得重大突破，在国家光伏质量监督检验中心验证的组件效率为13.98%，居国际同类产品第三方论证效率首位。

　　基于非铅钙钛矿单晶的X射线探测器

　　华中科技大学武汉光电研究中心唐江教授团队在X射线探测器领域取得了新进展。研究团队首次提出了基于铯银铋溴（Cs2AgBiBr6）双钙钛矿单晶的X射线直接探测，制备的探测器灵敏度可达105 µC Gy air -1cm–2，最低检测限为59.7 nGyair s-1，工作电压和灵敏度显著优于商用非晶硒探测器水平，有望显著降低X射线成像时需要的剂量，降低医疗测试时致癌风险，应用前景广阔。

　　基于氧化锌电子传输层的钙钛矿太阳能电池

　　近日，电子科技大学的李世彬教授和伦敦大学学院巫江博士等人以“Perovskite Solar Cells with ZnO Electron-Transporting Materials”为题在Advanced Materials上发表了综述文章。

　　文章总结了氧化锌电子传输材料的物理性质，常见制备方法，基于氧化锌电子传输材料的钙钛矿太阳能电池的研究进展以及氧化锌材料对太阳能电池性能以及稳定性的影响，并讨论了提升基于氧化锌电子传输材料的钙钛矿太阳能电池性能以及稳定性的一些手段。

　　基于窄带隙钙钛矿的宽响应光电探测器

　　近日，北京交通大学张福俊课题组与美国托莱多大学鄢炎发课题组基于窄带隙(〜1.25 eV)钙钛矿(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4成功制备了响应光谱范围覆盖300—1050 nm的宽响应钙钛矿光电探测器。通过优化钙钛矿层及电子传输层C60的厚度，器件性能得到了极大的提升。

　　当钙钛矿层和C60层厚度分别为1000 nm和70 nm时，器件在350-900 nm的范围内展现了几乎平坦的EQE光谱，EQE值大于65%。同时，优化的器件在-0.2 V的偏压下暗电流仅为3.9 nA，在近红外波段展现了超过0.4 A/W的响应度以及超过1012 Jones的比探测率，远优于以钙钛矿/窄带隙聚合物或钙钛矿/量子点作为活性层的光电探测器以及和商业无机宽响应光电探测器。

　　无机—有机钙钛矿材料在新型薄膜太阳能电池中的应用

　　基于钙钛矿薄膜电池的研究现状，中国科学院物理研究所孟庆波研究员领导的研究团队近期以“Inorganic-organic halide perovskites for new photovoltaic technology”为题发表在国家科学评论。

　　该论文着重探讨和总结了钙钛矿材料的半导体掺杂、结电场、缺陷态、离子迁移及其诱导的半导体性质演化等关键物理特性。理论研究表明，三元钙钛矿材料的自掺杂(比如原子缺失、间隙和替位)可以诱导产生p型或n型载流子。目前，实验上已经初步能够通过控制薄膜沉积的物理化学过程实现对钙钛矿载流子类型的调控，比如：在两步法中实现了甲胺铅碘空穴浓度的控制。

　　这些关键物理特性的理解对于钙钛矿器件性能的提升和新应用的开发具有重要意义，同时也是正确评价和认知钙钛矿器件核心问题的基础。对于钙钛矿器件，较低的稳定性是其进一步发展的瓶颈之一，而物理性质的稳定性是其关键所在，值得深入关注。

　　实现高性能全无机钙钛矿纳米光源

　　日前，湖南大学物理与微电子科学学院潘安练教授领导的纳米光子材料与器件交叉研究团队采用先进化学气相沉积技术，实现了具有高稳定性和高光学质量的全无机钙钛矿纳米发光器件制备。该研究是新型纳米电致发光器件领域的重要研究进展。

　　美国

　　基于钙钛矿的透明触摸发光式传感器

　　近日，来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)的科学家们发明了一种触摸发光装置，可用于压力的瞬时可视化显示。这种触摸发光装置透明度很高，主要由有机金属卤化物钙钛矿聚合物复合发射层和柔性银纳米线聚氨酯复合透明电极构成。其还可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为基底，实现弯曲性。

　　此外，这种触摸发光器件还具有快速响应、可像素化等特点，可应用于机器人制造、运动检测、指纹设备和交互壁纸等。

　　新型钙钛矿量子点太阳能电池打破传统量子点太阳能电池局限

　　最近美国能源部（DOE）下属的国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员成功制备出13.4％转换效率的量子点太阳能电池，刷新了量子点太阳能电池世界效率纪录。

　　以往的量子点太阳能电池的研究多集中在传统的金属硫化物和金属硒化物等，而最新研究发展来自于完全不同的量子点材料，新型量子点材料中的佼佼者当属全无机钙钛矿CsPbI3，这种钙钛矿量子点太阳能电池能够产生非常大的开路电压（约1.2V）。

　　气体诱导的有机无机杂化钙钛矿材料的形成与转变

　　近日，美国布朗大学Yuanyuan Zhou教授和 Nitin P. Padture 教授（共同通讯作者）在ACS Energy Letters上发表了前瞻性综述文章“Gas-Induced Formation/Transformation of Organic−Inorganic Halide Perovskites”。

　　Zhou和Padture教授团队近年来致力于研究气体，特别是胺基气体，诱导下有机无机杂化卤化物钙钛矿的化学行为，取得了一系列的重要成果。这篇综述回顾了包括他们在内的世界上多个课题组在该领域的主要工作, 畅想了未来该领域的发展方向,并强调了包括理论计算以及原位表征在内的机理性研究的重要性。

　　韩国

　　使用核桃香料为原料制造出钙钛矿太阳能电池

　　9月22日，据韩国媒体报道，韩国浦项工科大学化学工学科的金泰浩教授和集成课程的李俊宇团队使用以核桃香料为原料的食品添加剂，制造出了一种环保且高效的传导物质，可以用于制作钙钛矿太阳能电池。该成果已经被刊载在化学界权威期刊《美国化学学会杂志》的在线版上。

　　报道称，钙钛矿太阳能电池在接收到太阳光之后，会产生电子和电子空穴，此时就需要一种高效的媒介把它们传输到电极上。在此之前，钙钛矿太阳能电池的传导媒介一直使用的是有毒的氯苯。

　　意大利

　　氧化石墨烯可极大提高钙钛矿电池的发电效率

　　日前，佛洛伦萨大学物理与天文学院的一组研究人员在《先进能源材料》期刊上发表了他们的研究成果，表明采用氧化石墨烯这种材料可以极大提高钙钛矿电池的发电效率。

　　研究人员详细阐述了石墨烯和氧化石墨烯是如何与锂原子掺杂在一起构成钙钛矿电池并提高其光电转化效率的，不仅是载流子迁移率，电池的缺陷密度也得到很大改善。

　　科学家在制作电子传输层时采用石墨烯掺杂介孔材料二氧化钛(GmTiO2)，外加氧化石墨烯隔离层(GO-Li)，发现载流子迁移率较普通mTiO2大大提高。

　　澳大利亚

　　高效硒化铅量子点太阳能电池

　　胶体量子点拥有带宽可调节、造价低廉等优势，被认为是一种应用前景广阔的太阳能电池材料，其中硒化铅（PbSe）量子点以多重激子效应和高效载流子迁移为著称。

　　近日，澳大利亚新南威尔士大学的Zhilong Zhang 博士（第一作者）与Shujuan Huang博士（通讯作者）等人在Advanced Materials上发表题为“A New Passivation Route Leads to Over 8% Efficient PbSe Quantum Dot Solar Cells via Direct Ion Exchange with Perovskite Nanocrystals”的文章。

　　该文章报道了一种创新的表面钝化方法：通过铯铅溴/碘钙钛矿纳米晶与表面含氯的硒化铅量子点之间进行离子交换，在硒化铅量子表面形成更稳定的混合卤化物钝化层。这不仅有效地提高了其荧光量子产率和在空气中的稳定性，更进一步地把硒化铅量子点太阳能电池的最高光电转化效率提高至8.2%。

　　瑞士

　　运用钙钛矿LED成功生产出超纯绿光

　　瑞士苏黎世联邦理工学院（ETHZurich）研究团队最近发明出一种超薄、可弯曲的发光二极管（LED），能够发出非常高纯度的绿光，虽然现在技术仍不成熟，但未来或许将有助于下一代电视和手机屏幕的生产。

　　为了让显示屏幕能够呈现更清晰、丰富的画面，屏幕必须能够产生高纯度的红、蓝及绿光，才能够透过更细节的颜色调整来凸显细节。目前技术已经能够实现高纯度的红、蓝光生产，但绿色由于受到视觉影响，高纯度的绿光生产往往难以突破。

　　根据了解，研究团队主要是使用钙钛矿（Perovskite）材料，采用旋转涂布法制程，LED发光层厚度只有4.8nm，制成的LED将可以弯曲，曲率半径为2mm，也因此能够实现卷对卷制程（R2R），不仅提高生产效率也可降低生产成本。（策划｜光伏头条   苏泽）