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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現(xiàn)規(guī)模化商業(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,，遠遠低于硅基太陽能電池,，這也是其實現(xiàn)商業(yè)化面臨的個問題。

鈣鈦礦電池不夠穩(wěn)定,，主要是因為鈣鈦礦電池對水,、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,，這是因為轉(zhuǎn)化過程中，通電的載流子會因為缺陷問題被卡住,，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，其中電荷可以擴散多遠,、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，進而改進,。“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一步改善

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量產(chǎn)之難

實現(xiàn)商業(yè)化后一個攻關(guān)的技術(shù)點,，便是“量產(chǎn)”,。要實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，就必須將鈣鈦礦從實驗室搬到工廠,，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行制備,。然而旋涂法難以沉積大面積,、連續(xù)的液膜，在實驗室中制備,，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)模化制備的要求,。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)?；苽涓哔|(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,。

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,，比如涂覆在手機表面上，那是怎樣的情形呢,？

我們再也不用擔(dān)心手機沒電了,！開心吧？

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