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近日，bat365在线平台官方网站朱嘉教授、朱鵬臣助理教授與bat365在线平台官方网站陳尚尚教授、北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松教授合作，在期刊Advanced Materials上發表題為“Towards the Commercialization of Perovskite Solar Modules”的綜述文章，讨論了鈣钛礦太陽能模組商業化的發展進程和所面臨的瓶頸，并據此提出相應的解決思路。

研究背景

作為一種新興的太陽能光電轉換技術，鈣钛礦光伏具有高效率、低成本、易制造的特點，具有極大的應用前景。但是，由于在穩定性、毒性、大面積制備等方面所面臨的挑戰，鈣钛礦光伏在商業化過程中仍存在一些制約。本文分析了鈣钛礦太陽能模組商業化的現狀和所面臨的問題，并提出相關解決方案及展望。通過對鈣钛礦的産業評估标準、材料工程、技術優化、成本測算、全生命周期分析等方面的讨論，本文為鈣钛礦商業化提供了新的理解，并有望在加速鈣钛礦太陽能模組商業化進程方面提供幫助與指導。

圖一 鈣钛礦光伏器件的現狀

文章要點

作者首先對具有代表性的鈣钛礦電池和組件的性能進行了總結，包括不同制備方法下的器件效率及不同結構和測試條件下的器件穩定性，并提出了鈣钛礦組件可能的應用場景（圖一）。随後，作者圍繞鈣钛礦模組商業化進程中面臨的關鍵問題——大面積制備、穩定性、毒性等方面的問題展開讨論。随着尺寸增大，鈣钛礦電池能量轉換效率下滑幅度明顯，主要因為大面積成膜過程不易控制，形成的膜層質量低。鈣钛礦薄膜的大面積沉積方法主要包括狹縫塗布、噴塗、噴墨印刷、絲網印刷等溶液法，和物理氣相沉積、化學氣相沉積等真空蒸鍍法。狹縫塗布是一種廣泛采用的低成本溶液沉積技術，是目前鈣钛礦大面積制備的主流，但其仍需解決成膜不均勻的問題。相比，真空蒸鍍法具有一定優勢，可有效避免大面積制膜的不均勻性，具有較高可重複性，且幾乎不涉及有機溶劑，較為環保。但該類方法較低的産率和較高的技術費用，都增加了商業化的困難。此外，溶液法和真空蒸鍍的複合制備工藝目前也在探索中，它有望将兩種工藝優點結合，因而也具備較大的商業化潛力。

圖二 提升鈣钛礦光伏組件穩定性策略總結

其次，作者讨論了鈣钛礦器件的壽命問題。鈣钛礦的不穩定性主要源于其軟晶格結構、不理想的相變和缺陷引發的離子遷移，而濕度、熱、光照、電場和晶格應變等外部因素則觸發或進一步加劇了其不穩定性。例如，濕度和熱量會導緻鈣钛礦膜層的分解，光照會導緻鹵化物偏析和陽離子分離，金屬電極與鈣钛礦之間的反應會導緻鹵化物缺失和電極腐蝕。對于不穩定性問題，可采用封裝技術、冷卻系統等策略來緩解外部因素的影響。此外，作者還提出可通過組分工程、缺陷修飾、結晶度控制、界面修飾等方法降低缺陷密度和提升遷移勢壘，抑制相變和離子遷移，提高器件的本征穩定性（圖二）。

圖三 鈣钛礦光伏組件的毒性問題

緊接着，作者分析了鈣钛礦器件及生産過程中的毒性問題（圖三）。不同于金屬鉛，鈣钛礦中離子形式存在的鉛具有更大的毒性，并可能會洩漏到周圍環境中，造成空氣、土壤和地下水的污染。通過無鉛元素的替代和電池的有效封裝可以解決或緩解鈣钛礦在火災和降水過程中的洩漏問題。除電池中的鉛之外，鈣钛礦器件制造中使用的有毒溶劑也需引起廣泛關注。制造中使用的有機溶劑，如二甲基甲酰胺（DMF），不僅直接對人類健康有害，而且對環境有污染，可對生物産生不可逆轉的影響。采用綠色溶劑并減小用量是下一步研究的重點。對鈣钛礦生産中所涉及的有毒有害或其他有回收價值的物質進行再利用，不僅能帶來經濟價值，更能降低對環境和生物造成的傷害。例如，對鈣钛礦中的碘化鉛和透明導電襯底進行回收，不僅節約了生産材料和成本，更是減少了稀有元素的使用（如铟）及滿足環保要求。

最後，作者對鈣钛礦未來發展方向提出展望。為進一步降低度電成本（LCOE），提升能量轉換效率則尤為重要。高效鈣钛礦串聯電池是一種有效方法。根據測算，當鈣钛礦-矽串聯模組的光電轉換效率超過24％并且壽命與晶矽組件相當時，其度電成本将會低于目前的商業化晶矽電池。目前，鈣钛礦-矽串聯電池的最高效率已達33.9％，遠超單節矽、單節鈣钛礦和其他基于鈣钛礦的串聯結構。雖然效率已經具有極大的競争性，但仍舊存在一些問題亟待解決——例如寬帶隙電池具有更差的穩定性和制備可重複性。此外，一些新的制備工藝和封裝手段也需進一步優化，以促進鈣钛礦-晶矽疊層組件商業化的進程。

文章鍊接

Towards The Commercialization of Perovskite Solar Modules

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202307357