9月11日，上海交通大學(xué)韓禮元教授團(tuán)隊(duì)公布研究成果——成功使用更加經(jīng)濟(jì)安全的新方法，制備出比蟬翼還薄數(shù)十倍的大面積鈣鈦礦薄膜，向?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模低成本太陽能發(fā)電跨出重要一步。世界太陽能電池市場高歌猛進(jìn)，但高成本、低效率一直都是壓在太陽能電池市場頭上的一片烏云；如今上海交通大學(xué)的研究碩果使僅在全球太陽能豐沛的戈壁沙漠地區(qū)進(jìn)行鋪設(shè)，低成本的鈣鈦礦太陽能電池所發(fā)出的電能就可滿足全球能源需要的這一設(shè)想很快就有可能變成現(xiàn)實(shí)。

大面積鈣鈦礦光伏技術(shù)，可能走出實(shí)驗(yàn)室、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化

目前，制作過程消耗大、制作成本高的硅電池雖光電能量轉(zhuǎn)換效率較高難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，因此，迫切需要發(fā)展新一代低成本太陽能電池。而把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的光伏技術(shù)將成為解決人類能源危機(jī)最具潛力的科技之一。

事實(shí)上，鈣鈦礦材料2009年首次應(yīng)用于光伏技術(shù)，短短幾年時(shí)間，實(shí)驗(yàn)室鈣鈦礦太陽能電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)快速增長到22.1%，超過了多晶硅太陽能電池的效率水平，而發(fā)電成本卻低于硅電池。
既然鈣鈦礦電池很便宜，發(fā)電又“給力”，那為什么目前市面上還是硅電池更常見？因?yàn)檫@種新型太陽能電池“不好做”。新型太陽能電池的關(guān)鍵部位——鈣鈦礦材料薄膜——模塊面積要足夠大、薄膜質(zhì)量要足夠好，才能過實(shí)用關(guān)。

上海交大團(tuán)隊(duì)用了3年的時(shí)間，在大面積高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜制備的基礎(chǔ)上，開發(fā)了有效面積36.1平方厘米的鈣鈦礦電池模塊。這一成果首次獲得了國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)12.1%的認(rèn)證效率，也現(xiàn)意味著未來鈣鈦礦光伏技術(shù)有了走出實(shí)驗(yàn)室、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的可能。

高質(zhì)量薄膜決定高效率

鈣鈦礦薄膜在鈣鈦礦電池中起著關(guān)鍵作用，它的質(zhì)量和性能直接決定著電池效率的高低。

傳統(tǒng)的鈣鈦礦薄膜制備方法可以大致分為“真空蒸鍍法”和“溶液法”兩類：前者對(duì)于薄膜的生長比較難控制，而且工序復(fù)雜、成本較高。后者是目前常用的方法，但存在會(huì)增加成本、影響薄膜質(zhì)量的弊端。

既不使用“真空蒸鍍”又不使用“有機(jī)溶劑”，基于此，上海交通大學(xué)韓禮元教授團(tuán)隊(duì)采用了一種方法——用‘甲銨’制服‘甲銨’：引進(jìn)甲銨氣體，讓氣體中的甲銨分子和鈣鈦礦材料中的甲銨離子進(jìn)行反應(yīng)，將生成物混合后就可以得到鈣鈦礦材料的液體。這種液體可以快速釋放出甲銨氣體變成鈣鈦礦固體，而釋放出的甲銨氣體可以再次被用于與碘化甲銨固體粉末和碘化鉛固體粉末進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)利用。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新了制備工藝和方法，得到了相當(dāng)于蟬翼厚度數(shù)十分之一的“高質(zhì)量薄膜”。而且在制備更大面積的薄膜時(shí)，采用一次成形的壓力輔助制備方法，通過控制壓力把液體材料涂布在平板基底上，得到了均勻分布的液體薄膜。

若把該團(tuán)隊(duì)小面積高效率器件的制備技術(shù)應(yīng)用到模塊當(dāng)中，將有希望達(dá)到和當(dāng)前硅太陽能電池相當(dāng)?shù)哪K效率。此外，要推進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化進(jìn)程，還需對(duì)鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性做深入探究。

鈣鈦礦太陽能電池的測試技術(shù)

鈣鈦礦電池有別于常規(guī)的硅太陽能電池，它對(duì)于測量光譜響應(yīng)，精確測量轉(zhuǎn)換效率以及選購它們相應(yīng)的測量儀器，光譜響應(yīng)測量系統(tǒng)，太陽能模擬器都有一些特殊的考量因素。

1. 鈣鈦礦太陽能電池的光譜響應(yīng)測量：