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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(guān)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(yīng)用有著為可觀的前景,；清潔廉價(jià)無限制,，可為能源供應(yīng)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(shè)備,，在未來或許可以應(yīng)用于可穿戴智能設(shè)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(shí)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(shí)現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)生產(chǎn)的原因。哪三個問題呢,？本次“前沿應(yīng)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(biāo)就是使用壽命,。鈣鈦礦電池實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于硅基太陽能電池,，這也是其實(shí)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?yàn)殁}鈦礦電池對水、熱,、氧環(huán)境度敏感,，使得電池結(jié)構(gòu)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(fù)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(zhì)，來抑制鈣鈦礦材料的分解,。

目前關(guān)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(xué),，就報(bào)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(yīng)用于鈣鈦礦電池的分解問題解決。

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效率之痛

電池的效率是評價(jià)電池性能的另一個重要指標(biāo),，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(xué)》（Science）今年4月發(fā)表的一篇報(bào)道,，鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)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(shí)上,，鈣鈦礦太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率依然有很大提升空間,，這是因?yàn)?span style="color:#3d8ed1; font-size:14px">轉(zhuǎn)化過程中，通電的載流子會因?yàn)槿毕輪栴}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(biāo)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(kuò)散多遠(yuǎn),、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。

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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(guān)鍵問題,，進(jìn)而改進(jìn),。“熒光壽命測量是一種常用于表征載流子壽命的技術(shù)，通過測量電荷重組率,，進(jìn)而標(biāo)定電池的效率,。HORIBA為測量熒光壽命研發(fā)了相應(yīng)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,。

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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(xué)等機(jī)構(gòu)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(zhǔn)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(jìn)一步改善

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量產(chǎn)之難

實(shí)現(xiàn)商業(yè)化后一個攻關(guān)的技術(shù)點(diǎn)，便是“量產(chǎn)”,。要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),，就必須將鈣鈦礦從實(shí)驗(yàn)室搬到工廠,，這是其終走向市場的關(guān)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(jìn)行制備,。然而旋涂法難以沉積大面積、連續(xù)的液膜,，在實(shí)驗(yàn)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)?；苽涞囊?/span>,。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)?；a(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(zhì)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(dá)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(jìn)一步,。

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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(diǎn)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(xué)研結(jié)合的能夠解決大規(guī)模制備技術(shù)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(jìn),。

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

我們再也不用擔(dān)心手機(jī)沒電了,！開心吧,？

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