217刷新光电转换效率世界记录 首次实现大面积全钙钛矿叠层光伏组件制备
太阳能电池是一种通过光伏效应将光能直接转化为电能的电力设备，是一种获取清洁能源的重要途径。研究显示，太阳能电池的光电转换效率每提升1%，发电成本就能降低7%，因此研制更高效的太阳能电池对发展清洁能源、实现碳达峰碳中和等来说就变得至关重要。 近日，学现代工程与应用科学学院的谭海仁教授课题组和英国牛津大学的学者，运用涂布印刷、真空沉积等技术，在国际上首次实现大面积全钙钛矿叠层光伏组件的制备，开辟了大面积钙钛矿叠层电池的量产化、商业化的全新路径。且经过国际权威第三方机构的认证，该组件稳定的光电转换效率高达21.7%，是目前已知的钙钛矿光伏组件的世界最高效率。该成绩已被《太阳电池世界纪录表》收录，相关成果也于近日在《科学》杂志发表。 传统的单晶硅太阳能电池要以高纯的单晶硅棒为原材料，其制备过程成本高、能耗大，且随着技术的发展，现有的工业生产能力已经逼近晶硅单结太阳能电池光电转化效率的极限。因此，近年来成本更低且更节能的钙钛矿太阳能电池成了研究热点，给光伏产业的发展带来新的机遇。 谭海仁教授坦言，“虽然实验室小面积钙钛矿电池已取得很高的转换效率，但大面积钙钛矿光伏电池块的商业化进程依然面临诸多挑战”。要实现量产化制备，首先需要解决的难题是宽带隙钙钛矿薄膜的大面积均匀制备。针对这个难题，研究团队采用涂布印刷、真空沉积等制备技术替换实验室常用的旋涂成膜工艺，是首次提出提出可量产化的全钙钛矿叠层电池制备方案，最终制备出20平方厘米的全钙钛矿叠层电池。 在全钙钛矿叠层光伏组件制备过程中的另一个难题是，在串联型钙钛矿光伏组件中，每两个子电池的连接区存在复杂的互连结构，互连区内由于钙钛矿吸光层与背面金属电极间直接接触，钙钛矿中卤素离子会与电极中的金属相互扩散，导致金属材料被腐蚀、钙钛矿材料的电学性能下降，从而影响电池块的光电转换效率。对此，谭海仁教授表示，团队在钙钛矿吸光层与背面金属电极间，采用原子层沉积的方法制备了一层二氧化锡电子传输层以解决这一难题。 此创新性的组件结构设计，显著提升了组件的制备重复性、光伏性能以及稳定性。大面积钙钛矿叠层光伏组件展现的潜力也激发了团队更大的斗志。谭海仁教授表示，如果要推动该技术的产业化，还要在印刷、制备钙钛矿的工艺上做更多研发。
