韩国专家：钙钛矿太阳能电池效率高达25%

世纪新能源网消息：近日，韩国成均馆大学化学工程学院教授，钙钛矿电池材料专家Mr.Nam-Gyu Park于北京第14届中国光伏大会于中国同仁分享了最新的研究成果。

世纪新能源网记者了解，近年钙钛矿电池技术异军突起，钙钛矿电池效率从最初的3.8%，到目前短短的5年达到了20.2%。

钙钛矿电池研究最初始于1978年。Mr.Nam-Gyu Park称钙钛矿中分子的转动和移动会影响它的相转变以及它的电学性质，钙钛矿材料中分子取向以及结构随温度的变化。日本的Miyasaka老师最早制备了液态钙钛矿太阳能电池，并获得3.8%的效率，随后我们在这样的体系中把效率提高到6.5%。

Mr.Nam-Gyu Park表示：虽然我们文章大量被阅读，却依然没有引用，主要原因就是这样一种材料在液态电解质中不稳定，因此必须用固态的空穴传输材料替代液态的电解质。于是就出现第一个固态钙钛矿太阳能电池，这样的电池仍然具有敏化的概念。由于钙钛矿材料高的吸光性能，可以在较薄的体系里获得高的效率，这是在0.6微米下获得的9.7%的效率，是当时固态敏化电池的最高效率，同时空穴传输材料可以保护钙钛矿，使得电池具有较好的稳定性。这篇文章到目前为止已经引用近500次( 谷歌学术)。

钙钛矿材料中又发现具有很多新颖的电学性质，到目前为止钙钛矿太阳能电池已经发展出来多种的结构。目前，是通过一种称为控制钙钛矿材料的晶粒尺寸来提高效率的实验方案。这是通过控制原料浓度实现晶体尺寸控制的实验方案，可以发现更低的浓度可以获得更高的晶粒尺寸。

从FIB切片的电镜照片可以看到很大的钙钛矿晶粒，而更大的晶粒可以获得更高的光电流和更高的效率，最终获得了17%的效率。同时发现不同的晶粒尺寸的电池会影响电池正反扫的差异。这是对不同晶粒尺寸的钙钛矿薄膜的铁电效应的研究成果，可能会影响电池正反扫的差异。同时发现多孔二氧化钛膜的厚度以及形貌也会影响正反扫的差异。使用甲脒铅碘材料也是获得高效太阳能电池的一种方案。这是甲脒铅碘的能带结构以及它的合成路线。这里，多孔二氧化钛厚度也会显著影响太阳能电池的工作效率。

同时发现，甲脒铅碘电池具有更好的光工作温度性。但是它在长波段的量子响应却低于甲胺铅碘电池，因此我们通过离子交换的方式在甲脒铅碘薄膜上又沉积了一层非常薄的甲胺铅碘薄膜，最终获得16%的转换效率。为了提高电池的稳定性，我们利用金字塔结构设计了疏水的钙钛矿太阳能电池，这是疏水太阳能钙钛电池的实现过程。这样一种金字塔型的减反设计可以获得更高的光电流和更好的自清洁能力。还利用分光技术获得这样一个组合的钙钛矿太阳能电池。同时在高的湿度下也可以获得高效率的太阳能电池效率。而且在常温下进行薄膜沉积，也可以获得10%的效率，这可以在低温下实现卷对卷的大面积生产。

利用钙钛矿电池高电压的特性，可以实现高效率的光催化电解水。总结一下钙钛矿电池的发展，从9.7%的效率开始，固态钙钛矿太阳能电池在两年内实现快速增长，达到20.2%的认证效率。如果把这样一个电池的电压损耗降到最低，效率可以达到25%，可以与硅电池比拟。

我国的钙钛矿电池研究进展

世纪新能源网新闻数据中心数据显示：我国北京大学介观光学与飞秒光物理”国家自然科学基金委创新研究群体成员肖立新教授、朱瑞研究员和龚旗煌院士在钙钛矿电池领域成果显著。

据悉，研究发现，钙钛矿型光伏材料的结晶形貌对其光电性能的影响至关重要，肖立新教授、龚旗煌院士与西安交通大学吴朝新教授、侯洵院士合作，通过分步溶液成膜方法对掺氯钙钛矿材料进行优化，相对于一步溶液成膜方法，微观形貌容易控制，器件效率得到极大提高，并进一步研究钙钛矿薄膜材料的成膜条件，实现对钙钛矿薄膜形貌的调控，成功制备介观结构的钙钛矿太阳能电池，同时提高太阳能电池的吸光能力及电荷传输能力，研究结果分别发表在Chem. Commun. 2014，50，12458的内封面文章及Nanoscale，2014，6，8171上。该创新研究群体还针对钙钛矿电池急需解决的稳定性问题，开发了一种新型疏水性空穴传输材料使器件的稳定性得到极大改善（Chem. Commun. 2014，50，11196），相关工作已经申请中国发明专利。

“青年千人”研究员朱瑞博士和龚旗煌院士针对钙钛矿太阳能电池中的界面工程问题，利用碱金属盐修饰透明导电电极表面，优化了透明电极与钙钛矿活性层材料之间的能级匹配，实现了不依赖于氧化物致密层的钙钛矿型太阳能结构，该器件的光电转换效率可达到15.1%。结果表明，通过界面修饰工程可以替代常规的致密氧化物薄膜，实现电子的有效收集，这将有助于简化器件的制备工艺，同时也使钙钛矿太阳能电池仍保持良好的器件性能。该工作即将发表在ACS Nano（已接收）上，相关成果也已经申请中国发明专利。