无损薄膜太阳能电池板分析器

能源是世界和人类赖以生存的驱动力，但地球上的能源储存又是有限的，全球石油还可开采约45年，天然气约61年，煤炭约230年。据世界卫生组织估计，到2060年地球上35种矿物中，将有1∕3在40年内被人类消耗殆尽，世界能源正面临严重紧缺。 然而太阳能是用之不尽，取之不竭的能源，通过从太阳能获得电力，人们可运用光伏效应制造太阳能太阳电池进行光电变换，实现节省资源，造福人类未来生活。 中国也在加大太阳能光伏发电上相继出台了各种扶持政策。到2010年底，国内已经有海外上市的光伏产品制造公司16家，国内上市的光伏产品制造公司16家。 客户案例要生产太阳能发电组件，其核心组件就是太阳能电池板。那么如何确保生产出一块高质量的太阳能电池板呢？我们以某光能有限公司案例来解释说明，这家公司是一家专业从事晶体硅太阳能组件生产的制造商。 产品应用晶体硅太阳能组件的优劣取决于每块电池板的好坏。因此每块电池板的质量至关重要。以下是电池板生产流程图：在核心步骤PECVD 结束后，进入丝网印刷环节前，产线需要精确控制电池板上镀膜的重量，从而控制产品质量。 *PECVD：是借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体，而等离子体化学活性很强，很容易发生反应，在基片上沉积出所期望的薄膜 这家公司使用OHAUS AR323CN 天平给每块电池板编号和称量。 *OHAUS AR系列天平：可广泛应用于实验室、工业和教育行业等领域，它不但具备坚固大气的外型，且还拥有丰富的应用模式和数据采集工具DDE，是一款功能全面、性能可靠的完美型称量产品。 客户评价客户给每片硅片编号，在硅片镀膜前后分别称取重量，通过电脑输入至客户编写的生产软件中。软件通过计算出薄膜重量判断是否合格，并将数据保存于数据库中，从而控制了产品的质量和确保了可追溯性。客户对OHAUS天平的使用情况表示满意，特别是其优异的性能和友好的操作界面，以及数据采集的独特应用功能极其符合客户的需求。 Adventurer系列天平概览： 保护环境， 节省能源人人有责。不仅是企业还是个人，我们都应该尽量节省能源消耗量，多采用太阳能这种可无限供应的能源原料，让地球更健康！更多AR系列天平产品资讯，请点击这里。抢购热线：4008217188。

铜锌锡硫硒太阳能电池（CZTSSe）是一种新型薄膜太阳能电池，因吸光系数高、弱光响应好、稳定性高、组成元素储量丰富、环境友好且价格低廉而颇具发展潜力，从而备受关注。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孟庆波团队多年来在该类薄膜太阳能电池方面开展了系统研究，在高质量铜锌锡硫硒薄膜制备、界面调控、器件载流子动力学分析和电池效率提升等方面取得了系列研究成果。例如，基于二甲亚砜（DMSO）体系，发展了一种可以同时调控背界面和吸收层体相缺陷的Ge掺杂策略，所制备的CZTSSe电池认证效率为12.8%；在界面研究方面，引入有机电子传输层（PCBM）增强电荷抽取与传输，实现了12.9%的电池效率；在溶剂工程方面，发展了一种环境友好的水溶液体系，探索了小分子配体与金属离子相互作用对前驱膜、硒化膜晶体生长、薄膜微结构及器件性能的影响，获得了12.8%的电池认证效率。该团队已在CZTSSe电池材料及器件方面申请国家发明及实用新型专利13项。　　近日，该团队与南京邮电大学教授辛颢合作，从硒化动力学角度出发，通过调节腔室压强来改变半封闭石墨盒中的硒化反应速率，进而调节铜锌锡硫硒薄膜的相演变过程。增加腔室压强后，研究通过原位实时硒分压监测发现，在硒化早期，硒分压被抑制，从而降低了硒化升温阶段（200-400 ℃）中前驱膜与气态硒蒸汽的碰撞几率；同时，正压条件下硒化能够抑制元素的非均匀扩散。在以上两点共同影响下，相演变过程在相对更高的温度下开始（＞400 ℃），前驱膜表面经常出现的CuxSe、Cu2SnSe3等中间相被抑制，因此，实际相演变过程一步完成。由此获得的银替位CZTSSe（ACZTSSe）吸收层晶体质量高、内部孔洞少、表面缺陷浓度显著降低。所制备电池体相缺陷浓度降低了约一个数量级，电学性能也得到明显改善，并实现了全面积14.1%效率（认证全面积13.8%）的太阳能电池，是目前报道的最高效率。这一工作为进一步理解和调控铜锌锡硫硒相演变过程提供了动力学调控思路，并为其他类型多晶薄膜生长制备提供借鉴意义。　　相关研究成果以Control of the Phase Evolution of Kesterite by Tuning of the Selenium Partial Pressure for Solar Cells with 13.8% Certified Efficiency为题，发表在《自然-能源》（Nature Energy，DOI：10.1038/s41560-023-01251-6）上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。图1.（a）铜锌锡硫硒的相演变路径示意图；（b）原位监测获得的不同腔压下反应过程中的硒分压曲线；（c）铜锌锡硫硒太阳能电池认证报告（国家光伏产业计量测试中心）。图2.（a）对比组吸收层的SEM正面和截面图像；（b）实验组吸收层的SEM正面和截面图像；（c）对比组吸收层的能带结构；（d）实验组吸收层的能带结构。

高效光伏太阳能电池（发电板）制造商面临的最大挑战是降低成本和提高电池效率。通过提高产量、减少加工精度的分散变化，并消除影响生产力提升的障碍来提高工厂自动化程度，是公认的实现电网价格持平等问题的关键。 与众多行业一样，选择合适的光栅（位置编码器）在光伏电池制造的高效工厂自动化中是很重要的环节。全球各地的太阳能电池板制造商一直在寻找一种有助于增加输出量、提高产量并尽量缩短停机时间的编码器。雷尼绍的RESOLUTE绝对式直线光栅和圆光栅可以满足这些要求，该光栅将真正的绝对式光栅反馈与高分辨率（1 nm）、高精度（± 1 µ m/m）、非接触光学系统等计量优点相结合，具有非常出色的可靠性和安全性。 RESOLUTE是绝对式光栅，这意味着它在通电后就能立即确定绝对位置，无需返回参考（基准）点，从而极大缩短开启时间并在出现任何运动前就实现对轴的完全控制。此项性能特征在机床断电又重新通电的情况下非常重要。它可以安全可靠地执行复杂的恢复路径，确保价格昂贵的产品和设备免于受损。 实际上，位置反馈的安全性是RESOLUTE系统的一项突出优点。光栅运行两种独立算法：一种用于确定绝对位置，另一种用于检查测量结果。这些内置位置检查算法可以独立校验位置，确保报告位置的保真度并可防止轴的非受控运动。因此大大降低了制造过程中电池或轴受损的几率。RESOLUTE已被世界领先的外科手术机器人公司采用，这足以说明该集成功能的有效性和可靠性！ RESOLUTE以一种完全独特的方式工作，类似于一台超高速数码相机对由长的非重复条形码组成的栅尺进行拍照，从而为读数头提供绝对位置。RESOLUTE比市面上最快的数码相机的速度还要高1000倍。在图片中进行插补可达到1纳米的分辨率。另外，由于RESOLUTE在100 m/s时可达到1 nm的分辨率，所以光栅速度永远不会是一种限制，因此硅太阳能电池制造设备可更快速地运转，并且与使用传统光学编码器的设备相比，可实现更高的产量和效率。而且绝不仅仅是高速度&hellip &hellip 条形码含有大量的冗余，而读数头应用复杂的交互校验和误差修正。因此结果不会受到诸如硅尘、油和指纹等栅尺污染的影响。RESOLUTE所具备的抗污能力意味着，它可以在可能引起其它光学编码器丢数的环境中连续运转。 另外，RESOLUTE可以达到非常优异的运动控制性能，因而提高了精度和制造过程的产量，甚至领先于极为苛刻的精密激光加工技术。传统密封式绝对式光学编码器通常具有约± 200 nm的细分误差 (SDE)。这么明显的SDE会产生很差的速度控制性能，导致运动轴上出现振动；在这样的轴上移动易碎、昂贵的硅片有可能发生&ldquo 恐怖的故事&rdquo ，而且可能出现微裂纹，太阳能电池的相关性能也会降低。较差的SDE还可降低诸如缺陷检测等动态执行的扫描作业的生产效率。RESOLUTE凭借其新颖的检测方法打消了所有这些顾虑，这种方法的固有SDE非常低，不超过± 40 nm。多轴设备的制造商还可以通过使用RESOLUTE获益，因为它具有非常低的噪声（10 nm RMS的抖动），进一步提高了位置稳定性和重复性。轴间的串扰也有所降低。 在最近举行的&ldquo 2010太阳能产业大奖&rdquo 评选中，雷尼绍的RESOLUTE绝对式光栅是唯一入选PV子系统组件类候选名单的编码器。集坚固耐用的设计、超高速和超凡的分辨率等优点于一身，RESOLUTE吸引了要求极高精度和运动控制集成的太阳能电池板加工设备制造商的浓厚兴趣。 RESOLUTE目前正在一些世界上最高效的商用太阳能电池的制造设备上进行试验，同时也引起了其它高科技行业，诸如半导体、平面显示器、医疗、天文学系统等要求平稳速度控制和高精度的行业的极大兴趣。

据英国《自然》杂志网站近日报道，尽管薄膜太阳能电池应用广泛，但其也有“先天不足”：薄膜越薄，制造成本越低，但当其变得更薄时，会失去捕光能力。美国科学家表示，当薄层厚度等于或小于可见光的波长时，其捕光能力会变得很强。科学家们可据此研制出厚度仅为现在商用薄膜太阳能电池厚度的1%、但捕光能力却大有改善的薄膜太阳能电池。　　科学家们用射线—光极值这一理论最大捕光值来标识一种材料最多能捕获多少光线，但是，只有当材料具有一定的厚度时，才能达到这一峰值。目前，科学家们已经制造出了吸光层的厚度仅为0.1纳米的薄膜太阳能电池，但这样纤细的薄膜会漏掉很多光。　　然而，现在，加州理工学院应用物理和材料科学教授哈里阿特沃特和同事在最新一期《纳米快报》杂志上指出，他们找到了一种巧妙的方法，使薄层能帮助太阳能电池超越射线—光极值。他们发现，当薄层的厚度小于可见光的波长(400到700纳米)时，薄层会同这些可见光的波特性相互作用而不是将可见光看成一条直直的射线。阿特沃特说：“当我们制造出的薄层厚度等于或小于可见光的波长时，一切规则都改变了。”这样，一种材料的吸光能力不再取决于厚度，而取决于光线和吸收材料之间的波作用。　　通过计算和计算机模拟，阿特沃特团队证明，让一种材料对光更有“胃口”的技巧在于，制造出更多“光态”让光来占领，这些“光态”就像狭缝一样，能吸收特定波长的光。一种材料的“光态”数量部分取决于该材料的折射率，折射率越高，其能支持的“光态”就越多。　　其实，早在2010年，斯坦福大学的教授范汕洄(音译)和同事就将“光态”数确定为一种材料能吸入多少光线的主要因素。他们用一种折射率较高的材料将一种折射率低的材料包围，结果发现，高折射率材料的出现能有效提高低折射率材料的折射率，增强其捕光能力。　　阿特沃特团队对上述结论进行了延伸，最新研究表明，薄膜吸光器内挤满 “光态”会大大增强其捕光能力。而且，可通过几种方式(比如，用金属或晶体结构包住吸光层或将吸光器嵌入一个更复杂的三维阵列中)来提高吸收器的有效折射率。范汕洄表示：“最新研究表明，我们可以采用多种不同的方法有效地突破射线—光极值。”　　美国托莱多大学的罗伯特柯林斯表示，阿特沃特团队的研究是“非常关键的第一步”。但他也认为，这项技术还面临着诸多挑战，比如，需要额外的工业过程来制造这些超薄的薄膜，这会导致成本增加。

Veeco日前与中国电子科技集团公司第十八研究所、中国化学与物理电源行业协会共同举办了铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池技术研讨会，议题涵盖CIGS薄膜太阳能电池的最新生产设备、测试设备及目前中国光伏产业发展现状等。 Veeco主要为高亮度LED、太阳能、半导体用户提供技术解决方案。Veeco大中华区总经理王克扬表示，Veeco是业界目前唯一可将热源整合到CIGS Web镀膜系统上的薄膜沉积设备供应商，因此公司的FastFlex卷绕镀膜系统能够给客户带来卓越的高吞吐量的沉积方案，帮助客户快速完成从研发到量产的过程。 FastFlex Web镀膜系统，由Veeco于2008年5月收购的Lowell生产，具有吞吐量高、性能卓越、拥有成本低，并且具有紧凑的外形尺寸等特点。通过其灵活的结构设计可实现溅射，反应溅射和热蒸发镀膜，是Mo（钼），TCO（透明导电氧化物）和CIGS等太阳能薄膜制备的理想工具。王克扬介绍，系统可在多个沉积区实现旋转或平面磁场分布，用户可根据自身需要选用表面预清洗和多种泵系统。CIGS 系统配备有Veeco拥有专利并已在业界广为使用的PV系列热蒸发源，通过选用合适的沉积系统并优化工艺条件，可极大提高原料的利用率和降低镀层厚度的不均匀性（NU）。 Veeco目前针对薄膜太阳能电池的大规模生产向客户提供钼、CIGS及TCO沉积层的集成制造解决方案。经生产验证的CIGS热沉积源，因能高产量生产出超高质量薄膜，并转化成更高效、高成品率的多结太阳能电池，从而有效地新降低太阳能电池每瓦成本。TurboDisc E475是行业内领先的最大产能的MOCVD系统，针对大批量化合物材料的生产而设计，采用RealTemp 200技术可直接实现闭环原位晶片温度控制，并通过快速地开/关气体实现弯道处的严格控制，这两项技术的处理可带来优质的材料以及很高的工艺率，相较于前代产品E450提高了15%的产能并进一步降低了成本。 除多结太阳能电池外，该系统还可用于HBT、pHEMT器件，以及红、橙和黄光高亮度LED、激光二极管等。其TurboDisc K系列GaN MOCVD系统，主要用于大批量生产GaN基绿光LED和蓝色激光器，并对增加GPI的高亮度蓝光LED的产量也有明显作用。 王克扬介绍，Veeco目前在上海外高桥建有保税仓库，在北京和上海设立了多个联合实验室，为用户提供直接和周到的市场和技术支持。而薄膜太阳能电池和LED照明领域，是公司在中国重点拓展的目标市场，并且已有了实质性进展。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------全文引自《光伏国际》网络版，版权归《光伏国际》及Veeco公司所有

有机薄膜太阳能电池就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。其中，P型有机半导体（P3HT）是使用的材料之一，属于结晶性高分子，是一种3-己基噻吩的聚合物。实际使用的过程中，高分子的老化是不可避免的，因此需要对材料进行热稳定性的评价。日立热重-差热同步热分析仪STA7000系列，采用数字水平差动方式，基线更加稳定，能够检测到微量变化。并且有良好的扩展性，开发出TG-MS专用接口，可以与质谱（MS）进行联用，用于溢出气体定性分析。下面，通过热重-质谱联用（TG-MS）来评价P3HT的热稳定性，并分析其反应产生的气体。 实验结果■ TG和总离子流色谱图（TIC）P3HT在470℃附近开始发生热分解，有1个热失重台阶。由TIC图可见，P3HT产生的气体几乎全部是由热分解过程中产生的。■ MS（480℃附近）上图是480℃的MS图谱，可以得到溢出气体成分质核比和离子强度的信息，从而对热分解产物进行定性分析。 综上所述：TG-MS联用可以考察样品热失重过程中产生的气体或特定成分，为样品的分子结构和热分解反应机制提供必要的解释。关于日立TA7000系列热分析仪详情，请见：日立 DSC7020/DSC7000X差示扫描热量仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C313721.htm日立 STA7000Series 热重-差热同步分析仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C313727.htm日立 TMA7000Series 热机械分析仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C313737.htm日立 DMA7100 动态机械分析仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C313739.htm

p　　有机太阳能电池具有质轻、柔性、成本低、弱光响应等优点，是当前太阳能电池技术的前沿热点研究方向。高效率﹑耐弯折和廉价的柔性有机太阳能电池在柔性可穿戴和便携式电子设备、光伏建筑一体化和军事等领域具有很强的应用潜力。目前，大多数有机太阳能电池的研究结果都是基于刚性的氧化锡(ITO)玻璃基板。但有机太阳能电池如果要实现商业化应用，其真正的优势是采用低成本的湿法印刷和卷对卷大面积工艺制造。在有机太阳能电池中，最常用的电极材料是铟掺杂的氧化锡(ITO)。然而，ITO在塑料基板上存在导电性差和机械脆性等问题，而且ITO通常在高温下通过真空溅射进行加工，这使得其价格昂贵，并且不利于采用大面积印刷和卷对卷来制备。已经有一些报道采用新的电极材料来代替传统ITO，如纳米银线、石墨烯、碳纳米管、导电聚合物等，其中聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)薄膜的成本相对较低，并且该薄膜表现出高光学和电学特性、优异的热稳定性、良好的柔韧性等。利用酸掺杂PEDOT:PSS可以大幅提高其导电率，但目前报道的大多数采用强酸如硫酸、硝酸等进行掺杂，再进行高温后处理，容易损伤PET等柔性塑料基板。/pp　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员葛子义团队在前期高效率有机太阳能电池研究的基础上(Nature Photonics, 2015, 9, 520 Advanced Materials, 2018, 30, 1703005 Macromolecules, 2018, DOI: 10.1021/acs.macromol.8b00683 Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 464)，在柔性有机太阳能电池领域又取得新进展，创新性地开发了低温酸处理PEDOT:PSS电极替代需要高温溅射且昂贵的ITO电极。通过低温甲磺酸处理来提高PEDOT:PSS薄膜的导电性、降低薄膜的粗糙度，同时避免传统的强酸处理对柔性塑料衬底的破坏。进而利用全溶液加工技术，采用PBDB-T和IT-M非富勒烯活性层，制备了全湿法加工非ITO的单结柔性有机太阳能电池，电池的能量转换效率达到10.12%，这是迄今报道的全湿法加工的柔性有机太阳能电池的最高效率。而且这类全溶液加工的柔性有机太阳能电池非常符合卷对卷印刷和刮涂等大面积制备工艺的技术要求，为有机太阳能电池低成本柔性化制备提供了重要的参考途径。该项工作以All Solution-Processed Metal Oxide-Free Flexible Organic Solar Cells with Over 10% Efficiency 为题发表在国际期刊《先进材料》(Advanced Materials)上。葛子义和团队成员樊细为该论文的共同通讯作者，硕士生宋伟为第一作者。/pp　　上述研究得到了国家重点研发计划(2017YFE0106000和2016YFB0401000)、国家自然科学基金(51773212, 21574144和21674123)、中科院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-SYS030)、中科院重点国际合作项目 (174433KYSB20160065)、中科院交叉创新团队、浙江省杰出青年基金(LR16B040002)和宁波市科技创新团队(2015B11002，2016B10005)等资助。/pp style="text-align: center "img title="W020180523579124813794.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/b0085859-db45-42e0-b92f-b5f1ebccc183.jpg"//pp style="text-align: center "图：柔性有机太阳能电池的结构示意图和光伏特性曲线/p

p　　迄今为止，世界上80%以上的能源是通过燃烧石油、天然气和煤产生的。首先，这会导致严重的环境污染 其次，人类在过去不到两百年的时间里已消耗了经过数百万年形成的全球石油资源可开采储量的一半以上。目前，世界各地的科学家的主要目标集中在如何提高太阳能的光电转换效率，却很少有人关注太阳能电池板基体材料的稳定性。br//pp　　在俄罗斯科学基金会资助下，以俄科院化学物理问题研究所科学家为首的国际团队开发出以有机半导体材料(共轭聚合物和富勒烯衍生物)为基体的高效稳定的薄膜太阳能电池，这是一种光化学和热稳定性较高、且具备可有效适用于有机太阳能电池的最佳性能的新型光敏材料。有机太阳能电池由于光电转换成本比化石燃料价格更低，因而有望彻底改变全球能源产业。研究成果发表在《Journal of Materials Chemistry》杂志材料上。/pp　　太阳光是一种很有前途的环保、廉价的能源。据估算，全人类每年能量需求约为20太瓦，而太阳每年辐射到地球的能量约105太瓦。因此，太阳可视做现代社会取之不尽用之不竭的能源。以有机半导体材料为基体的太阳能电池具有重量轻、成本低、灵活性等特点，已经引起研究人员和创新型企业的极大关注。/pp　　俄科学家的研究成果主要包括：/pp　　一是创建了适用于有机太阳能电池的新的共轭聚合物组，并发现使用单体单元在主链中无序排列的不规则共聚物，其光电特性明显优于链节以严格顺序交替排列的常规结构聚合物。研制开发的以共轭聚合物为基体的有机太阳能电池的效率大于7%，这是国际上面积大于1平方厘米的同类装置中能得到的最好结果之一。/pp　　二是开发出用于有机太阳能电池、以富勒烯衍生物为基体的新型电子受体材料，这种新型材料能够保证有机太阳能电池在140℃高温下运行稳定。这是实现有机太阳能电池类设备长期稳定运行并得到实际应用的重要步骤。/pp　　俄科学家在以色列内盖夫沙漠中对若干类型的有机太阳能电池进行了实地试验，研究了影响太阳能电池操作稳定性的最重要因素。结果发现，采用电子顺磁(自旋)共振法可以轻松完成材料的光稳定性筛查并找出最具前景的结构。/pp　　上述研究工作是与德国弗劳恩霍夫太阳能研究所、巴伐利亚能源产业应用研究中心和以色列本-古里安大学的科学家合作完成的。/ppbr//p

随着地球能源的不断枯竭，太阳能越来越受到人类的重视，太阳能光伏电池的研究也得到了空前的发展，目前的太阳能光伏电池主要以晶体硅电池为主，但随着科学的进步，研究的不断深入，越来越多的高效节能电池被开发使用，其中以薄膜电池为翘楚。薄膜电池以其高效、低耗、大面积电池等特点广泛受到人们的关注。薄膜太阳能电池的形态各异，结构也是多种多样，这对研究薄膜电池带来了不小的麻烦。在制造过程中我们不仅要了解电池的转化效率等直观因素，为了更好的提高工艺制造出更高效的太阳能光伏电池，我们更要深入了解电池的内部光电转化过程及其影响因素。在众多因素当中IV特性曲线和量子效率曲线图无疑是重中之重。图一：IV曲线图图二：量子效率量子效率：是指太阳能电池的电荷载流子数目与照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。研究量子效率对了解电池内部光电转化有着重要意义。早在2009年期间我公司在中科院张建民老师的带领下就研发试制了国内首台一体化自动测试量子效率系统，：SCS100测试系统。产品一经推出就受到了国内外太阳能研究人士的青睐。随着在太阳能电池测试领域经验不断地积累，公司今年上半年又推出了全新一代产品，SCS10-FILM薄膜电池专用测试系统。系统针对薄膜电池的特点，加入了单光源双路可调偏置光，最大输出能够达到一个太阳强度。为了适应薄膜电池的宽光谱，光谱测试范围覆盖了0.3～1.70μm光谱带，并编写了功能强大的测试软件，不仅实现了自动计算量子效率曲线，而且能够计算出电池的短路电流密度，更加方便了评估电池的整体效率。同时系统还实现了漫反射测试和量子效率测试同步测试的功能，更加准确的计算电池的内量子效率。图三：系统整体图先进的光源配置：系统的测试光源由卤素灯和氙灯光源两种灯源构成，这样，补偿卤素灯在紫外区能量不足的问题，又能解决氙灯光源在近红外有很多尖锐波峰的问题，实现了整个测试范围内的光源光谱平滑，有效增加了洗系统的稳定性。图四：普通卤素灯的光谱图图五：普通氙灯的光谱图独特的测试光路设计：大部分的量子效率测试系统都受困于量子效率测试点和反射率测试点不能够实现位置的重复定位，导致两参数测试在不同位置，这对于均与性不是很高的样品或高精度测试的试验中影响很大，本系统通过独特的光纤输出反射聚焦结构实现了反射率和量子效率同时同地测量的方式，有效地解决了上述问题带来的烦恼。通过聚焦反射光路，系统更能够大大降低色差对测试过程中带来的影响。由于太阳能电池的光谱测试范围宽，如果采用传统的投射聚焦方式进行测试，当测试到红外区时，因不同波长折射率不同的缘故聚焦光斑开始扩散，而红外区有是不可见的，因为会对测试带来极大的不确定因素。强大的偏置光配置：为了提高太阳能电池的转化效率，我们可以扩展电池的光谱响应范围以接受更多的太阳能，从而提高转化率，因此多节电池孕育而生。然而测试多结电池要比普通电池复杂得多，我们不仅要考虑多结电池的最小限流问题，还要考虑电池的偏压测试问题，因此测试多结电池我们要配有功能强大的偏置光附件，既能够满足光谱范围的需求，又能够对光强的要求。我们设计的单光源双路可调偏置光正可满足多结电池的测试需求，偏置光不仅实现了两路光能够各自调节光强，同时根据测试电池的不同，可选配不同的滤光片。功能全面高效的软件：软件集量子效率测试、反射率测试、内量子效率测试三测试功能于一体，自动计算画图，强大的图表处理能力，方便用户修改、标记测试曲线。多种格式输出保证了用户处理数据的方便使用。一键式参数文件保存功能不仅方便存贮测试数据还能保留测试参数，方便分析实验。图六：功能强大的图标管理功能特点总结：1、实现内外量子效率同步测试2、双光源测试，契合IEC标准，提高测试准确性3、双路可调偏置光，轻松实现三节电池测试4、功能强大的测试软件

导语：与其他光伏材料相比，钙钛矿太阳能电池在性能的提升方面表现出了惊人的速度。近期，来自德国柏林科技大学的Steve Albrecht等研究者在Science正刊中报道了一个单片钙钛矿/硅串联太阳能电池，其认证的功率转换效率高达29.15%，预计还会进一步提高。现如今，钙钛矿太阳能电池生产技术逐渐趋于成熟，生产设备也逐渐小型化和便捷化。继2009年和2012年的早期关键实验之后，人们对这些生产设备的兴趣激增，目前正在进一步优化它们的性能，并寻找可行的商业应用路线。本文，我们将带您看看钙钛矿太阳能电池材料的制造过程和相关技术。什么是钙钛矿太阳能电池钙钛矿太阳能电池(PSC)顾名思义是由钙钛矿材料作为核心部件制备的太阳能电池。钙钛矿材料的种类很多，但它们都有ABX3的化学通式，其中A和B是阳离子，X是阴离子。在钙钛矿光伏材料中，B通常是金属阳离子，X是卤族元素，A可以是有机或无机阳离子。重要的是，这些成分必须以一种特定的几何结构排列，A穿插在阳离子BX6八面体的间隙。如下图所示。 钙钛矿太阳能电池材料晶格结构的3D示意图（中央亮斑为B，红色为X，蓝色为A） 钙钛矿是钙钛矿太阳能电池中吸收光的材料，它吸收光子并产生电子-空穴对。之后，这个电子-空穴对会分离（也可能不会，这是导致太阳能电池效率低下的原因），释放出电子和正电荷载流子。这些电子（负）和空穴（正）载流子分别被设备中的其他材料（传输层）收集，然后流出，在外部电路中产生电压。人们尝试用各种钙钛矿材料来制备PSCs，其中常见的是MAPbI3。这种材料由基铵正离子嵌入Pb2+离子和碘离子(I-)组成的八面体框架。钙钛矿光伏薄膜材料制备太阳能电池的制备过程主要分为薄膜的制备和后续的加工。后续的加工流程与硅基太阳能电池的后续加工有些类似，涉及到微纳加工与封装等流程，我们不做详细介绍。对于薄膜的制备技术目前主要有液体旋涂和真空镀膜两类。旋涂技术由于设备简单，易于快速搭建等特点很容易在实验室实现。但是其规模化拓展性较差，器件的重复性和稳定性以及与后续加工流程的兼容性等方面仍有不足。在真空镀膜方面目前较为流行的是采用物理气象沉积（physical vapor deposition—PVD），例如热蒸发等方式。对于热蒸发技术来说，在真空室中加热钙钛矿前驱体，使它们向上蒸发并覆盖在基片上。通过对过程的精细控制，形成所需的钙钛矿薄膜。热蒸发方法制备出的薄膜不仅性能出色，同时还能与太阳能电池制造过程中需要的其他过程具备良好的兼容性 (例如，传输层和金属接触层的沉积也经常使用PVD)。热蒸发制备方案概要以制备钙钛矿太阳能电池的常用材料MAI（methylammonium iodide）和PbI（lead iodide）为例，MAI蒸发温度约为150℃，而金属卤化物PbI需要400℃~500℃。这与常规的金属热蒸发相比温度低很多，但对热蒸发源温度控制的性要求较高。传统金属热蒸发更注重所能达到的高温（可达~1800℃），如果采用传统的蒸发源生长钙钛矿材料很容易导致温度过冲，制备的薄膜性能不稳定，甚至前驱体会瞬间挥发殆尽导致生长失败。钙钛矿光伏材料除了在较低温度下生长之外，沉积速率也是一个重要的控制变量。由于沉积速率并非温度的直接函数，钙钛矿材料在沉积时需要对每一个蒸发源的速率进行标定与检测。通常在热蒸发过程中，可以采用晶振探头来探测每一个蒸发源的蒸发速率。对于常规的金属热蒸发过程，材料从蒸发源沿着直线方向到达衬底，按照类似于标准分布函数的规律在衬底上沉积成薄膜。然而对于非常易挥发的材料，例如MAI，蒸发过程中会先在源上方形成较高的蒸气压，这会导致材料向侧方扩散，导致材料在腔体的其他部位形成非必要的沉积。因此，对于钙钛矿光伏材料的沉积过程必须控制得更加精密，否则MAI容易导致其他材料的晶振传感器被污染。专业的低温热蒸发技术与设备英国Moorfield 公司基于多年的薄膜设备生产经验发布了低温蒸发(LTE)技术和相关设备。这使得科研人员能够快速建立高性能的钙钛矿光伏薄膜沉积系统。Moorfield 公司用于钙钛矿太阳能电池制备的设备包括台式nanoPVD - T15A，以及功能增强型的落地式MiniLab系列。这样的低温热蒸发系统具有以下几方面的优点：● 低温蒸发源与控制器：超低的热容量，可选择主动水冷方案实现控制和小的温度过冲；基于传感器的PID反馈回路使得温度、功率或沉积速率可控。● 石英晶振传感器探头：水冷式，降低温度影响。专业设计和安装位置，在生长高蒸汽压钙钛矿前驱体时使信号“串扰”小化。● 真空系统：专业真空腔体设计和定制，包括可选的耐腐蚀泵组系统和预抽保护功能。● 过程控制：采用先进的自动过程控制器，允许多阶段程序设定操作，每个阶段包含单个或多个源蒸发（即共同蒸发），反馈回路控制每个源的速率。● 多功能配置：允许在一个系统上通过不同的PVD技术沉积钙钛矿和其他PSC涂层。此外，系统可以配备冷却或加热样品台，用于处理热敏感基片或在沉积期间/沉积后进行热处理。nanoPVD系统中的LTE蒸发源手套箱集成式系统虽然成品PSCs元件可以在大气条件下使用，但通常有必要在惰性气氛下进行器件封装制造。因为在后的保护涂层覆盖之前，湿气和氧气会对材料性能造成影响。因此，一些PSC制备工作通常在惰性气体(如纯氩气或氮气)的手套箱中进行。基于MiniLab 026和MiniLab 090平台的Moorfield LTE系统可以与手套箱集成，允许在惰性气氛中对衬底或样品进行加工处理。Moorfield可以提供整套的手套箱集成系统或与客户选定的手套箱进行集成。其中MiniLab 026系统可以与用户已有的手套箱进行现场的集成安装。Minilab090系统样品腔（左），与手套箱集成的系统（右）总结钙钛矿材料在太阳能电池方面表现出良好的前景，真空蒸发镀膜是一种很有前途的制备方法且容易实现工业化生产。用于钙钛矿薄膜制备的沉积系统需要进行优化设计，以提高薄膜材料的品质。Moorfield Nanotechnology公司具有雄厚的专业技术基础和先进的设备解决方案，包括全套LTE蒸发源、过程控制选件和完整的沉积系统。此外Moorfield Nanotechnology还提供其他多种材料制备的专业设备，例如磁控溅射、电子束蒸发、快速制备石墨烯的nanoCVD系统。台式高精度薄膜制备与加工系统新动态Moorfield 公司在中国科学院技术物理研究所的台设备安装成功，本次在技术物理研究所安装的是台式高性能二维材料等离子软刻蚀系统—nanoETCH。该系统对输出功率的分辨率可达毫瓦量，对二维材料可实现准确的逐层刻蚀，也可实现二维材料层内缺陷制造，此外还可对石墨基材等进行表面处理。该系统目前正处于技术培训阶段，不日将正式交付使用。中国科学院技术物理研究所安装的nanoETCH系统

M13病毒可提高太阳能电池性能　　美国麻省理工学院4月26日在其网站上宣称，该校研究人员日前开发出了一种新技术，可通过一种名为“M13”的病毒将太阳能电池的光电转换效率提高近三成。相关论文发表在最新一期《自然纳米技术》杂志上。　　先前的研究已经发现，碳纳米管可以提高太阳能电池的转换效率。理想的情况下，碳纳米管会收集更多的电子，提高太阳能电池的表面积，从而产生更大的电流。但麻省理工学院的研究人员发现，该技术也存有一定的局限性。碳纳米管有两种，按功能可分为半导体类碳纳米管和导线类碳纳米管，两种纳米管不但在作用上不同，还容易发生聚集，从而严重影响转化效率。　　研究人员经研究发现，M13病毒可以很好地解决这一问题。这种病毒长度为880纳米，结构简单易于操控，且对人体无害。M13病毒中的一种肽可使其附着在碳纳米管上，从而保证纳米管处于恰当的位置上，避免与其他碳纳米管发生黏连。每个病毒使用300个左右的蛋白质分子可以控制大约5到10个纳米管。实验显示，采用病毒结构的新型太阳能电池可将光电转化效率从普通太阳能电池的8%提高到10.6%，而新系统在重量上只增加了0.1%。　　研究人员发现，除可固定碳纳米管外，M13病毒还会产生出二氧化钛，而二氧化钛颗粒可有效提高电子的传输效率。这种物质同样也是“格雷策尔电池”中的主要组成部分。“格雷策尔电池”也被称为染料敏化太阳能电池，工作原理是通过模仿光合作用产生电能。其发明人瑞士洛桑联邦高等理工学院光子学和界面试验室主任迈克尔格雷策尔曾因该技术被授予芬兰2010年“千年技术奖”。此外，M13病毒还会让碳纳米管具有水溶性，使其在室温条件下可更方便地加入到太阳能电池板中，从而降低生产成本。　　研究人员称，关于两种碳纳米管在太阳能电池中具有不同效用的发现也是此次研究的一项重要成果，此前还没有被实验证明过。半导体纳米管可以提高太阳能电池的性能，但导线类纳米管的作用却正好相反。该发现或有助于设计出更有效的纳米电池、压电材料或其他与电力相关的材料。　　负责该项研究的麻省理工学院教授安吉拉贝尔彻说，该技术还可以用来设计其他病毒增强型太阳能电池，包括量子点和有机太阳能电池。在提高普通太阳能电池的转化效率上该技术也有很大的潜力，不过这有赖于生物技术的进一步发展。

太阳能电池材料简述目前，人类的主要能源（石油、煤炭、天然气）的储存量是有限的，为了应对能源危机和环境污染，新能源已是全球关注的焦点，太阳能因其清洁环保尤其备受关注。近几年太阳能电池产业以平均年增长率为30%的速度飞速发展。太阳能电池的种类十分多，按材料分类可分为四类：硅太阳能电池；多元化合物薄膜太阳能电池；有机物太阳能电池；纳米晶太阳能电池，综合考虑材料的价格、对环境的影响及转换效率等因素，以硅为原材料的电池是太阳能电池中最重要的成员。研究和应用最广泛的太阳能电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅电池。而开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高效率和降低成本。为了促进我国在太阳能材料与太阳能电池研究领域的交流和发展，“2018第二届全国太阳能材料与太阳能电池学术研讨会”于2018年6月22-24日在广州召开。本次会议由中国化工学会化工新材料委员会及新能源材料技术创新与协同发展中心主办，暨南大学承办。弗尔德（上海）仪器设备有限公司携旗下研磨筛分品牌德国Retsch（莱驰）、多功能粒度粒形分析仪品牌德国Retsch Technology（莱驰科技）、热处理技术品牌CarboliteGero（卡博莱特盖罗）、元素分析仪品牌德国Eltra（埃尔特），参加了第二届全国太阳能材料与太阳能电池学术研讨会，为太阳能电池材料的应用提供全方位的解决方案。大会主要从学术和产业化视角探讨我国太阳能光伏材料与器件，新型钙钛矿和化合物薄膜半导体材料与器件等方面科研成果与产业应用现状，探索太阳能开发与利用的研究新思路和新方法，推进太阳能研究领域人员之间的交流与合作，进一步提高我国太阳能领域科学研究与技术创新能力。 德国Retsch（莱驰）提供的行星式球磨仪PM系列和高能水冷球磨仪Emax能够实现纳米研磨，满足太阳能电池材料用户最为严苛的研磨粒径需求。此外，德国Retsch（莱驰）的筛分仪种类齐全、筛分方式多样、测量范围广泛、配套使用不同规格的分析筛，可以满足太阳能电池材料行业的粒径分级和测量的需求，筛分结果精确且具有重复性，符合DIN/EN/ISO/ASTM等国际国内标准，是全球唯一一家可提供全系列筛分仪的专业生产厂家。Retsch Technology（莱驰科技）专业从事粒度及粒形分析测试仪器的研发和制造，采用双镜头专利的动态图像分析技术，可精确分析可流动性的颗粒、粉体、胶体、悬浊液、磁性材料等样品的粒度及形态。Camsizer X2设计基于广受欢迎的Camsizer并进一步优化精细样品的测量条件（从0.6μm到8mm），不仅提高了光学解析度，更提供多样的的进样方式适用工业陶瓷行业的应用。德国Eltra（埃尔特）专业从事元素分析仪的制造研发和生产，可为陶瓷样品提供碳/氢/氧/氮/硫五种元素分析的整体解决方案。6月24日，第二届全国太阳能材料与太阳能电池学术研讨会圆满落幕，针对太阳能电池材料应用的具体解决方案与参会的专家学者们进行了深入交流。弗尔德仪器衷心地感谢各位客户的关注和支持！基于客户给予的信任和要求，弗尔德仪器定会不负众望、与日俱新，努力为太阳能电池材料客户提供一份满意的解决方案。除了仪器的展示，弗尔德仪器还在展会上介绍2018年抽奖活动，2018年7-12月，每月产生1个大奖10个幸运奖，大奖奖品价值3000元人民币。奖品有金条、进口空气净化器、高级电饭煲、食品料理机、进口道具组合、美颜相机。现在就关注“弗尔德仪器”官方微信，参加抽奖！

3月22日，国家发改委发布关于印发《“十四五”现代能源体系规划》的通知，提到积极推动工业园区、经济开发区等屋顶光伏开发利用，推广光伏发电与建筑一体化应用。光伏发电与建筑一体化是少数同时符合“稳增长”和“减碳”的发展方向，未来有望受到政策支持，从而迎来快速发展。光伏屋顶和光伏幕墙是光伏建筑一体化两大细分方向。光伏屋顶是具有承重隔热防水功能、并叠加电池板形成的屋顶，并能有效提供工业厂房用电需求的绿色建筑类型。光伏幕墙则是将幕墙（比如石材幕墙、玻璃幕墙）和光伏发电功能相结合的幕墙，相较于屋顶，建筑幕墙表面积更大，能有效提高发电量。更适用于高楼大厦安装光伏发电的需求。接下来我们通过两个案例来更直观的了解：案例1. 广州美术馆，具有世界唯一的全建筑光伏组件发电幕墙项目，整体幕墙面积达到7万㎡。案例2. 北京世园会中国馆，整个光伏系统装机容量80kW，年发电量约8.3万度。显而易见，发电玻璃光伏幕墙的一项核心科技为太阳能电池。布劳恩一家位于波兰的客户-SAULE Technologies，其联合创始人兼首席技术官 Olga Malinkiewicz 发明了一种在柔性箔上印刷钙钛矿太阳能的方法并获得了专利。该项技术目前应用在光伏屋顶和光伏幕墙等方向。接下来我们通过视频来详细了解吧~自2014年SAULE Technologies公司成立以来，就一直在使用布劳恩手套箱研究开发钙钛矿太阳能电池。SAULE Technologies公司实验室布劳恩提供的稳定的水、氧含量 1ppm的惰性气体氛围支持着每一个需要惰性气体氛围的应用。在钙钛矿太阳能电池行业，我们不仅为行业用户提供手套箱，还可以根据客户具体需求开发出智能的交钥匙设备解决方案，提供用于惰性气体环境的镀膜、封装以及表征分析等一系列工艺设备。工欲善其事，必先利其器，如果您想了解更多产品详情，欢迎致电我们！

据美国物理学家组织网12月16日(北京时间)报道，美国国家可再生能源实验室(NREL)研制出一种新式的量子点太阳能电池，当其被太阳能光谱的高能区域发出的光子激活时，会产生外量子效率最高达114%的感光电流。发表于12月16日出版的《科学》杂志上的这一最新研究为科学家们研制出第三代太阳能电池奠定了基础。　　当光子入射到太阳能电池表面时，部分光子会激发光敏材料产生电子空穴对，形成感光电流，此时产生的电子数与入射光子数之比称为感光电流的外量子效率。迄今为止，还没有任何一种太阳能电池在太阳能光谱内光波的照射下，显示出超过100%的外量子效率。　　现在，NREL团队首次在量子点太阳能电池上实现了这一点。他们在一个叠层量子点太阳能电池上获得了114%的外量子效率。该电池由具有减反光涂层的玻璃(其包含有一薄层透明的导体)、一层纳米结构的氧化锌、一层经过处理的硒化铅量子点以及薄薄一层用作电极的金组成。　　太阳能光子产生超过100%外量子效率基于载子倍增(MEG)过程，借助这一过程，单个被吸收的高能光子能激发多个电子空穴对。NREL团队首次在量子点太阳能电池的感光电流内展示了MEG，科学家们可借此改善太阳能电池的转化效率。研究结果显示，在模拟太阳光的照射下，新量子点太阳能电池的光电转化效率高于4.5%。目前，这种太阳能电池还没有达到最优化，因此，其能源转化效率相对来说偏低。　　与传统的太阳能电池相比，量子点太阳能电池内的MEG能将电池的理论热力能转化效率提高35% 量子点太阳能电池也可使用廉价且产量高的卷对卷制程制造而成 其另外一个优势是每单位面积的制造成本很低，科学家们将其称为第三代(下一代)太阳能电池。(记者 刘霞)　　所谓第一代太阳能电池是指目前最常见的晶体硅电池，第二代是薄膜电池 第三代，则应该是具有更高转化效率的新型电池的总称。而让单个高能光子激发多个电子空穴对正是提高转化效率的途径之一。不过现有技术并不能有效分离、收集大量的电子空穴对，这也就是新电池转化效率偏低的主要原因。虽然现在看起来，让这么多自由电子白白溜走显得过于奢侈，但如此高的外量子效率还是让我们备受鼓舞——一旦突破电子空穴对收集的技术瓶颈，太阳能电池的发展将会翻开全新一页!

德国美因茨大学13日发表公报说，该校研究人员参与的太阳能薄膜电池研究项目取得重要进展，有望使太阳能薄膜电池突破目前20%光电转化率的纪录。　　目前光电转化率最高的是铜铟镓硒(CIGS)太阳能薄膜电池，可达20%，但与超过30%的理论值仍相距甚远，其主要难题是材料中的铟、镓分布和比例难以达到理想值。　　美因茨大学的研究人员与IBM公司德国美因茨分部以及生产特种玻璃的德国肖特公司等合作，借助电脑模拟程序发现铜铟镓硒材料的铟镓分离温度，即在稍低于正常室温的情况下，铟镓会完全分开且分布不均匀，从而导致材料的光电作用减弱。而超过这个温度后，铟镓会相互融合，且温度越高其分布得就越均匀。这表明太阳能薄膜电池生产过程需要较高的温度，只要最后的制冷步骤足够快就能使这种均匀性“定格”。　　以往生产工艺受生产必需的玻璃底板的耐热性限制，无法提高温度。为此肖特公司研发了一种能够耐受超过600摄氏度的特殊玻璃材料。研究人员说，此项成果是一个重大突破。　　这一成果发表在美国《物理评论快报》上。

编辑：高明审核：chen钙钛矿太阳能电池作为第三代新概念太阳能电池代表，近年来备受关注，这得益于其具备的种种优势，譬如：它采用溶剂工艺，可以在常温下制备，生产成本大大下降；柔性好、可大面积印刷，在光伏产业的应用有着为可观的前景；清洁廉价无限制，可为能源供应难题提供有效方案等等。不仅如此，钙钛矿太阳能电池之所以成为代表，一个更加备受瞩目的优势就在于——它的原料多为液态，可以用来制备大面积柔性电池及设备，在未来或许可以应用于可穿戴智能设备上，边走路边发电！这种在电影中才出现的镜头将来会成为日常，想想是不是就觉得很炫酷呢？但要想实现这一场景，还需解决三个难题，这也是钙钛矿太阳能电池尚未实现规模化商业生产的原因。哪三个问题呢？本次“前沿应用”栏目将带大家一探究竟~短寿之憾我们知道，对于电池来说，一个重要衡量指标就是使用寿命。钙钛矿电池实际生产和应用所面临的困难中，一个重要问题就是它的寿命只有短短数月，远远低于硅基太阳能电池，这也是其实现商业化面临的个问题。钙钛矿电池不够稳定，主要是因为钙钛矿电池对水、热、氧环境度敏感，使得电池结构不稳定，易产生不可逆降解。要延长钙钛矿电池的寿命就要提高稳定性，目前主要有两种方法，一种是采用复合型钙钛矿材料，提高其本身的稳定性，另一种就是找到合适的添加剂物质，来抑制钙钛矿材料的分解。目前关于这方面的研究已经紧锣密鼓地展开。就在今年1月份，欧洲薄膜太阳能电池研究联盟Solliance，TNO，imec和埃因霍温科技大学，就报道了一种采用工业工艺（溅射镀膜，狭缝涂布镀膜，原子层沉积和基于激光的互连）制造的封装钙钛矿太阳能电池模组，该模组经受既定的寿命测试，即耐光性测试，耐湿热测试和热循环测试，具有出色的稳定性。相信未来能有更多的方法能够应用于钙钛矿电池的分解问题解决。图片来源：pixabay效率之痛电池的效率是评价电池性能的另一个重要指标，在过去十年，钙钛矿太阳能电池的效率有不少提升。根据《科学》（Science）今年4月发表的一篇报道，钙钛矿太阳能电池的转换效率已经上升到26.7％，非常接近传统晶体硅太阳能电池的效率。但事实上，钙钛矿太阳能电池的转换效率依然有很大提升空间，这是因为转化过程中，通电的载流子会因为缺陷问题被卡住，从而降低电池效率。那么，什么是载流子寿命呢？它为何成为影响太阳能电池效率的重要指标呢？据HORIBA资深工程师Ben Yang博士介绍，钙钛矿太阳能电池产生的电能来源于电荷的分离、迁移和重组，其中电荷可以扩散多远、游离多久——即载流子寿命，很大程度上就决定了太阳能电池的效率。载流子寿命越长，电池的效率也越高。图片来源：pixabay既然载流子寿命如此重要，那如何提升载流子寿命呢？精确测量是步，通过不断测量找到效率低下的关键问题，进而改进。“荧光寿命测量是一种常用于表征载流子寿命的技术，通过测量电荷重组率，进而标定电池的效率。HORIBA为测量荧光寿命研发了相应的产品。” Ben Yang博士如是说道。DeltaFlex和DeltaPro荧光光谱仪是专门的测量荧光寿命的分析仪器，它们可以监测光收集过程的效率，通过仪器搭配的TCSPC系统，研究人员可以测量重组率。另外，使用HORIBA QuantaMaster™ 、Fluorolog和FluoroMax荧光光谱仪，并联合HORIBA-IBH 荧光寿命组件，还可以完成测试钙钛矿材料对不同光吸收的效率。tips：如果您想了解更多荧光光谱仪的解决方案，点击阅读原文提交需求，我们的工程师会尽快联系您~您也可以进入HORIBA微信公众号的图书馆栏目，查看下载更多解决方案。值得庆幸的是，同样是今年4月，《自然》(Nature)杂志发表了一篇论文，介绍了剑桥大学等机构合作成果——钙钛矿材料中影响载流子寿命的“缺陷”根源。相信通过精准的测量和缺陷根源的追溯，载流子的寿命将会一步步提升，钙钛矿电池的效率也会进一步改善图片来源：pixabay量产之难实现商业化后一个攻关的技术点，便是“量产”。要实现大规模生产，就必须将钙钛矿从实验室搬到工厂，这是其终走向市场的关键。然而目前几乎所有高效率的钙钛矿太阳能电池都是用旋涂法制备的，即将钙钛矿材料一般旋涂于金属氧化物骨架上进行制备。然而旋涂法难以沉积大面积、连续的液膜，在实验室中制备，尺寸只有几厘米大小，因此无法满足工业化的高吞吐量与规模化制备的要求。这就成为钙钛矿太阳能电池量产的一个难题。近年来，也出现了一些其他适用于规模化生产的制备方法，像是：刮刀涂布法、电沉积等等，尤其是刮刀涂布法，它的基底温度可控，因此在规模化制备高质量、大晶粒钙钛矿薄膜方法中脱颖而出。更值得欣慰的是由刮刀涂布法制备的钙钛矿太阳电池，效率也能达到20%，十分接近旋涂法制备的器件。未来通过不断地研究，相信它地效率能更进一步。图片来源：pixabay从上文可以看出，尽管短寿之憾、效率之痛、量产之难，这三点是制约钙钛矿太阳能电池快速走向市场的三个问题，但我们仍然对钙钛矿太阳能电池的发展前景抱有大的期待。目前众多公司投资钙钛矿产业就是证明，相信产学研结合的能够解决大规模制备技术的提升，帮助钙钛矿太阳能电池在商业化道路上大步迈进。没有什么不可能，只要我们勇突破！现在不妨设想一下，钙钛矿太阳能电池就在我们的穿戴设备上，比如涂覆在手机表面上，那是怎样的情形呢？我们再也不用担心手机没电了！开心吧？ 免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 HORIBA科学仪器事业部HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon光谱技术品牌创立于1819年，距今已有200年历史。如今，HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的选择，之后我们也将持续专注科研领域，致力于为全球用户提供更好的服务。

日本理化研究所日前发布的新闻公报说，其科研人员研制出一种高分子膜，在光线照射下，这种材料的分子相对位置会发生变化。这一成果有望应用于仿生医学和太阳能电池开发。　　公报说，研究人员选择能在光线照射下改变自身结构的偶氮苯分子，让它们与一种分子主链周围垂直密布许多侧链的刷子状高分子“聚合物刷”相结合，制成光应答单元。此后，再让这种“单元”夹在两层聚四氟乙烯薄膜之间，给薄膜施加类似熨斗的热和压力，形成具有立体层次结构的聚合物刷薄膜。　　研究人员借助同步辐射加速器SPring-8的X射线详细分析这种聚合物刷薄膜。他们观测到聚合物刷以垂直于薄膜表面的形态有规则地分布，由于这种材料分子的排列结构具有特异性，当材料中的偶氮苯分子在光线照射下改变结构时，这种分子的极细微活动会朝一个方向集中，最终使整个薄膜发生肉眼可见的弯曲。也就是说，这种高分子材料能把光能转化成用于运动的能量。　　公报说，这种新材料可用作人造肌肉材料，生产这种新材料的分子取向控制技术可应用于有机薄膜太阳能电池等产品研发。据悉，有关这项成果的报告已在美国《科学》杂志上发表。

近年来，钙钛矿/硅叠层太阳能电池技术飞速发展，其效率已从13.7%发展到如今的33.2%，这得益于其更宽的太阳光谱吸收范围和更高的开路电压输出值。因此，钙钛矿/硅叠层太阳能电池被认为是最有希望从根本上提高光电转换效率并大幅降低太阳能发电成本的新型光伏技术。 　　然而，钙钛矿/硅叠层电池的不稳定性，特别是钙钛矿顶电池的不稳定性，仍然是限制其实际应用的主要障碍之一，通常与钙钛矿薄膜内部的残余应力密切相关。钙钛矿薄膜内部残余应力的存在会显著降低钙钛矿相变、缺陷形成和离子迁移的能垒，并最终加速钙钛矿的降解。因此，如何有效释放钙钛矿薄膜内部的残余应力并获得高效稳定的叠层器件成为关键。 　　近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所所属新能源所硅基太阳能及宽禁带半导体团队在叶继春研究员的带领下，在前期晶体硅和钙钛矿太阳电池研究的基础上(Adv. Sci. 2021, 8, 2003245 J. Mater. Chem. A 2021, 9, 12009 Energy Environ. Sci. 2021, 14, 6406 Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2110698 Nano Energy 2022, 100, 107529 Joule 2022, 6 , 2644 ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 52223 Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006 J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556 Nat. Commun. 2023, 14, 2166)，在高效钙钛矿/硅叠层电池领域取得了新的进展。 　　该团队提出一种基于表面重构的钙钛矿/硅叠层太阳能电池，认证效率达到29.3%(稳态效率29.0%)，是目前报道的基于遂穿氧钝化接触(TOPCon)电池的最高效率之一。 　　在该工作中，研究人员将正丁基碘化胺(BAI)溶于二甲基甲酰胺(DMF)和异丙醇(IPA)的混合溶剂中，并用于表面后处理。这种方法不仅可以实现BA离子在钙钛矿表面全面的A位替换，还能促进BA离子向钙钛矿薄膜内部的深扩散。在不影响薄膜质量的前提下，实现了钙钛矿薄膜表面和内部残余应力的同时释放。经过应力释放的薄膜表现出更少的缺陷态、更弱的离子迁移和更好的能级排列等优点，制得的单结电池和叠层电池分别获得21.8%和29.3%的效率，并展现出良好的热、湿、光照和运行稳定性。该工作促进了高效稳定的钙钛矿基太阳电池应变工程发展，并为未来的应用和部署提供了参考。 　　相关成果以“Surface Reconstruction for Efficient and Stable Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells with Greatly Suppressed Residual Strain”为题发表于Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202211962)上。2020级直博生李鑫为第一作者，应智琴博士后、杨熹副研究员和叶继春研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(Grant No. 62204245)和浙江省重点研发计划(Grant No. 2022C01215)等项目的支持。基于钙钛矿表面重构的两端口钙钛矿/硅叠层太阳电池

什么是钙钛矿电池（PSC）？钙钛矿太阳能电池是一种类型的太阳能电池，是目前发展最快的太阳能技术。钙钛矿材料，如甲基铵卤化铅和全无机卤化铯，生产便宜且易于制造。使用这些材料的设备的太阳能电池效率从2009年的3.8％提高到2020年的25.5％。PSC具有实现更高效率和极低生产成本的潜力，现已成为商业上的吸引力。图1 钙钛矿太阳能电池的构造与运行机理示意图钙钛矿电池中的电子传输层（ETL）PSC 的效率和稳定性很大程度上取决于器件中选择作为电子传输层的材料的形态和类型。目前为止，PSC的电子传输材料主要有TiO2、ZnO等金属氧化物以及富勒烯等有机电子传输材料。ZnO是一种常用于钙钛矿太阳能电池中的电子传输材料。ZnO的优点是无需高温烧结，易于制备成大面积薄膜。应用于器件中的ZnO形貌结构主要有致密平面和纳米棒两种。利用扫描电镜观察ETL的纳米级别的样品形貌，成像清晰且具有立体感，通过调节放大倍数可以直观的观察样品的形貌、成膜质量、有无孔隙等。Thermo Scientific Apreo 2 SEM具有多功能性和高质量成像性能，采用了创新性的末级透镜设计，引入静电式末级透镜，支持镜筒内高分辨率检测。全新Apreo 2 SEM在原有性能基础之上，新一步优化了超高分辨成像能力，并且增设许多新功能提升其易用性。SmartAlign（智能对中）技术，不再需要用户手动进行调整操作，Flash自动执行精细调节工作，只需移动鼠标几次，就可以完成必要的透镜居中、消像散和聚焦矫正。图2 Thermo Scientific Apreo 2 SEM图3为用赛默飞场发射扫描电子显微镜Apreo 2S 在optiplan模式下拍摄的ZnO薄膜，由图（a）、（b）可见，制备出的膜层均匀致密、无孔隙。但（b）较（a）图片相比，噪点更少、分辨率更高。这是因为（b）较（a）参数上增加使用了样品台减速模式，使用减速模式后，电子束依然保持高电压，在试样台上加载一个负电位，电子在出极靴后受到负电位的作用而不断减速，最终以低能状态着落在样品表面。这样既保持了高电压的分辨率，又因为低着落电压而有很高的表面灵敏度。电子传输层的结构对钙钛矿薄膜质量和光学性能影响很大，从而影响钙钛矿太阳能电池的性能。由此可见，高质量的扫描电子显微镜是钙钛矿太阳能电池研发中检测、评估必不可少的设备。参考文献：[1]邓天郭, 高 云, 等.钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层及电子传输材料的制备研究.[2]钟敏等. 不同结构ZnO电子传输层对钙钛矿太阳能电池的影响.

日前，厦门大学物理与机电工程学院康俊勇教授课题组研发成功一种新型太阳能电池，即将氧化锌和硒化锌两种宽带隙半导体材料用作太阳能电池，从而大大稳定了太阳能电池的性能并使其寿命延长。这也是国际上首次实现了宽带隙半导体在太阳能电池中的应用。近期，英国皇家化学学会的《材料化学》杂志发表了这一成果，在国际上引起广泛关注。　　所谓宽带隙半导体，一般是指室温下带隙大于2.0电子伏特的半导体材料。从物理学上来讲，带隙越宽，其物理化学性质就越稳定，抗辐射性能越好，寿命也越长 但与此相对应，带隙宽的一个缺点是——这种材料对太阳光的吸收较少，光电转换效率低。由于这种“致命性缺陷”，宽带隙半导体材料以往在太阳能电池中不用作发电的关键结构，而仅用作电极。　　据介绍，目前，在太阳能电池中，应用较多的是硅太阳能电池，但其寿命有限。针对硅电池“寿命短”的问题，从2005年起，厦门大学半导体光子学中心的专家们将眼光瞄向了具有稳定物理化学性质、抗辐射性能好、“寿命长”的宽带隙半导体，致力于“宽带隙半导体在太阳能电池应用”的研究。　　经过深入研究，课题组发现，有两个制约“转化”的瓶颈：一是能否形成光生电流 二是能否提高宽带隙半导体的吸光率。　　最让课题组“费脑筋”的是如何让光电子“流动”起来。经过多次实验，课题组决定，选用两种宽带隙半导体材料——氧化锌和硒化锌作为太阳能电池的材料，形成类似于PN结的带阶，让电流“流动”起来。　　同时，课题组在提高吸光率上也大“做文章”——“改革”了以往的制备方式，通过控制条件，让两种材料实现共格生长，首次形成新型量子结构，大幅度降低了宽带隙半导体的有效带隙，增加了吸收太阳光的范围。同时，将叠层状的薄膜形式改为一根一根的同轴线形式，每根仅有200纳米。这样一来，吸光面积大幅度增加，吸光率也随之提高。

【科学背景】全钙钛矿叠层太阳能电池是下一代光伏技术中的重要发展方向，因其光电转换效率（PCE）的迅速提升和有望超过单结太阳能电池的详细平衡极限而成为了研究热点。然而，当前全钙钛矿叠层电池中，特别是在混合锡-铅（Sn-Pb）低带隙层内，非辐射复合及其随时间逐步恶化的问题严重限制了其性能和稳定性。表面Sn的过量导致了成分梯度，这一梯度加剧了氧化，并显著提高了复合速率，进一步降低了器件的效率和稳定性。有鉴于此，加拿大多伦多大学/美国西北大学化学系Edward H. Sargent院士/陈斌助理教授、美国托莱多大学鄢炎发教授团队合作通过添加剂工程和后处理技术，特别是引入二胺螯合剂，提出了一种有效的表面钝化策略。该方法优先螯合锡原子，去除了薄膜表面的多余锡，平衡了Sn:Pb的化学计量比，形成了抗氧化的低维势垒层，从而减少了界面复合。通过进一步使用1,2-二氨基丙烷来改善钝化层的均匀性，最终实现了更均匀的表面钝化，使得全钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率达到了28.8%，并在模拟一太阳照明条件下保持了1000小时操作后90%的初始效率。【科学亮点】（1）本实验首次发现混合Sn–Pb钙钛矿薄膜在表面存在成分梯度，表面锡含量过多，导致氧化加剧并增加复合速率。实验中，研究人员利用二胺优先螯合锡原子，将其从薄膜表面去除，从而实现了更为平衡的Sn:Pb化学计量比。 （2）通过这一处理过程，形成了电阻性低维势垒层，有效钝化了缺陷并减少了界面复合。此外，研究人员通过使用1,2-二氨基丙烷进一步改善了势垒层的均匀性，最终实现了更均匀的分布和钝化效果。（3）实验结果表明，这一策略使得钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率达到了28.8%。封装后的叠层电池在模拟的一太阳照明下最大功率点工作1000小时后，仍保留了初始效率的90%，且无需冷却，表现出卓越的稳定性。【科学图文】图1： 混合Sn-Pb薄膜的氧化抑制。图2：混合Sn-Pb薄膜的表面钝化。 图3：混合Sn-Pb PSCs的性能和稳定性。图4：串联装置性能及稳定性。【科学启迪】本文通过深入研究混合锡铅（Sn–Pb）钙钛矿薄膜的成分梯度及其对氧化和复合速率的影响，揭示了材料表面锡过量所导致的性能与稳定性问题。研究发现，通过使用二胺分子优先螯合锡原子，能够有效调节薄膜表面的Sn:Pb比例，使其抗氧化性增强，进而钝化缺陷，减少界面复合。进一步利用1,2-二氨基丙烷来改善势垒层的均匀性，不仅提升了钝化效果，还显著提高了钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率（PCE）和长期稳定性。这一发现为优化钙钛矿叠层太阳能电池的性能提供了新的策略，特别是在提高低带隙层的稳定性方面，具有重要的应用潜力。通过调控表面化学组成和钝化缺陷，本研究为实现更高效、更耐用的钙钛矿叠层太阳能电池提供了科学依据和技术路径。参考文献：Li, C., Chen, L., Jiang, F. et al. Diamine chelates for increased stability in mixed Sn–Pb and all-perovskite tandem solar cells. Nat Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01613-8

p style="line-height: 1.5em " 近日，中科院大连物化所薄膜硅太阳电池研究组(DNL1606)刘生忠研究员和陕西师范大学杨栋研究员、冯江山博士等在柔性钙钛矿太阳能电池研究方面取得新进展。相关结果发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/13912dd6-243e-49a5-a1d3-5c5f9726bf07.jpg" title="W020180720292898136578.jpg"//pp style="line-height: 1.5em "　　柔性太阳能电池由于具有质量轻、便携带、易于运输、安装简单等优点备受关注。高性能柔性钙钛矿太阳能电池的关键部分是低温界面层和高质量钙钛矿吸光层。该团队前期通过开发低温界面层，在柔性钙钛矿电池中取得了一系列成果：2015年，利用室温磁控溅射法沉积氧化钛界面层，制备的柔性钙钛矿电池效率达到15.07%(Energy Environ. Sci.) 2016年，首次将离子液体作为界面层应用到柔性钙钛矿电池中，将柔性钙钛矿电池效率进一步提升到16.09%(Adv. Mater.)。/pp style="line-height: 1.5em "　　最近，该团队运用二甲硫醚作为添加剂，通过控制钙钛矿吸光层的结晶过程，得到晶粒尺寸较大、结晶性较好、以及缺陷态密度较低的钙钛矿薄膜，将柔性钙钛矿太阳能电池的效率提高到18.40%，同时将大面积(1.2cm2)柔性钙钛矿太阳能电池的效率提升到13.35%。另外，利用添加剂制备的钙钛矿吸光层稳定性得到显著增加，在35%的湿度下放置60天，电池的效率仍能保持86%的原有效率，而无添加剂制备的钙钛矿太阳能电池效率相同条件下仅可保持原有效率的50%。此项研究成果是目前柔性钙钛矿电池的最高效率，为柔性钙钛矿太阳能电池的发展奠定了实验和理论基础。/pp style="line-height: 1.5em "　　该研究工作得到国家重点研究与发展计划、中央高校基础研究基金、国家自然科学基金项目、111项目、国家大学科研基金、长江学者创新团队、国家“千人计划”项目的资助。(文/图 杨栋、段连杰)/ppbr//p

p style="text-indent: 2em text-align: justify "近年来，钙钛矿太阳能电池因其高的转换效率、简单的制备工艺和低廉的制造成本受到了全球学术界和产业界的广泛关注，发展迅速。钙钛矿太阳能电池实际应用的重要瓶颈和关键问题在于如何实现低成本、大面积、高效率器件及解决稳定性的难题。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "在中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委的支持下，中科院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室研究员胡劲松课题组科研人员在这一领域开展了相关研究，并于近期与相关合作者一起取得了系列新进展。他们开发了一种风刀涂布方法，实现了大面积钙钛矿薄膜、电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL）的高质量涂布，在全程不需旋涂和反溶剂的情况下，获得了转换效率（PCE）可达20%以上的电池器件（图1），为高效率钙钛矿光伏器件的低成本规模化制备提供了一种思路。相关工作发表于Joule (DOI:10.1016/j.joule.2018.10.025)上。在HTL方面，开发了新型低成本、易制备的二维共轭有机小分子空穴传输材料OMe-TATPyr代替spiro-OMeTAD，实现了平均20%的PCE（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10959）。在ETL方面，研究人员发现在无ETL时透明电极与钙钛矿薄膜间的费米能级差距减小，接触界面能带弯曲减弱，因此对光生电子的抽取及光生空穴的排斥作用同时减弱，使得电子在界面的转移效率急剧下降，导致载流子复合严重，器件PCE降低。这一新的理解提高了对钙钛矿光伏器件结构与异质结界面的认识，阐释了无ETL器件PCE低的原因。据此，他们提出通过延长载流子寿命来解决无ETL钙钛矿光伏器件转换效率低的新方案。发现当载流子寿命接近微秒时，无ETL器件的PCE可以接近传统p-i-n结构器件，并且获得了PCE为19.52%的无ETL钙钛矿光伏器件（图2）。这些结果有助于解决钙钛矿器件对传统器件结构的依赖问题，也为钙钛矿光伏技术的低成本规模化制备提供了多样化的选择。相关工作发表于Chem上（Chem, 2018, 4, 2405-2417）。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "　　钙钛矿电池的稳定性是其应用的瓶颈和关键。研究人员在钙钛矿层与HTL间引入高迁移率疏水共轭高分子界面层，一方面改善空穴的提取效率，另一方面可以有效阻隔湿气与传输层中添加剂对钙钛矿层的侵蚀，从而显著提高了钙钛矿太阳能电池的空气稳定性和光电转换效率（Solar RRL, DOI: 10.1002/solr.201800232，inside cover；Nano Res., 2018, 11,185-194）。相比于有机无机复合钙钛矿材料，纯无机钙钛矿材料表现出更优异的热稳定性。其中，立方相CsPbI3具有合适的带隙而备受关注，但其立方相室温下是热力学不稳定相，因此理解立方相CsPbI3在合成与器件制备过程中的相不稳定性机制，进而制备室温下相稳定的光伏相CsPbI3，对于其在光伏和光电领域中的应用具有重要意义。研究人员近期首次从原子尺度上观测到了极性溶剂会诱导立方相CsPbI3纳米晶晶格发生畸变，进而相变失稳，从实验和原理上解释了极性溶剂对立方相CsPbI3纳米晶稳定性的影响，揭示了极性溶剂诱导立方相CsPbI3纳米立方体相变的机制及其多级次自组装成单晶纳米线和微米线的机制（图3）。这一研究结果对理解立方相CsPbI3相不稳定机制提供了新的认识，并为立方相CsPbI3的制备及保存使用过程中的溶剂选择提供了指导。相关工作发表于J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 11705–11715，并入选当期封面。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "在此基础上，研究人员发展了一种方法，通过高介电常数质子性溶剂控制CsPbI3钙钛矿前驱体结晶时的表面能，在不引入有机配体或进行金属/卤素掺杂的情况下，利用一步溶液沉积和低温退火工艺，获得了在室温下稳定的新光伏相-正交相g-CsPbI3薄膜。通过XRD精修确定了其晶胞参数，研究了薄膜的形成机制和能带结构，并构建了基于g-CsPbI3薄膜的平面异质结太阳能电池，获得了11.3%的PCE（图4），这是目前为止报道的全无机纯CsPbI3钙钛矿太阳能电池的最高效率。由于所得g-CsPbI3薄膜在室温下的热力学稳定性，电池表现出显著改善的长达数月的空气稳定性。该研究首次报道了室温下热力学稳定的新型正交光伏相g-CsPbI3薄膜及其高效率电池器件，为解决全无机CsPbI3钙钛矿光伏相室温下结构不稳定问题提供了全新的视角和思路。紧接上述极性溶剂对立方相CsPbI3纳米晶稳定性影响的工作，相关研究结果以全文形式发表于J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 11716–11725。/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/f0d4fd56-3c93-4498-8a6b-2116edd0aad2.jpg" title="1.png" alt="1.png"//pp style="text-indent: 2em text-align: left "图1. 全程风刀涂布制备高效率钙钛矿太阳能电池/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ffccfd44-cbfd-433a-8ac8-ba29e66f6683.jpg" title="2.png" alt="2.png"//pp style="text-indent: 2em text-align: left "图2. 高效率无电子传输层钙钛矿太阳能电池/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/94a0fedd-8d1f-40c2-9b2f-95eea8b72344.jpg" title="3.png" alt="3.png"//pp style="text-indent: 2em text-align: left "图3. 极性溶剂诱导立方相CsPbI3纳米晶的晶格畸变及其多级次自组装/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ae415cdf-6e56-4dc1-832d-ba11459b3873.jpg" title="4.png" alt="4.png"//pp style="text-indent: 2em text-align: left "图4. 室温热力学稳定的正交光伏相g-CsPbI3薄膜及全无机钙钛矿太阳能电池/p

光伏电池又称太阳能电池，是一种直接将光能转化为电能的半导体薄片。*光伏电池（图源网络，侵删）其中，基板作为光伏电池的主要组成部分之一，其表面性能和洁净度直接关系到电池的光电转换效率和稳定性。光伏太阳能电池等离子处理、除尘解决方案在光伏电池制程中，等离子表面处理可用于玻璃基板表面活化，阳极表面改性，涂保护膜前处理等，在提高光伏元件表面亲水性、附着力等方面具有显著的优势。*光伏电池结构（图片来源：灼识咨询，侵删）同时，需要解决光伏电池制程中的尘埃污染问题。浮尘颗粒会附着在基材表面，不仅影响光电转换效率，还可能引发电池内部故障。*光伏电池工艺制程（资料来源：灼识咨询、中泰证券，侵删）因此，在光伏电池制程中，需要对光伏元件进行表面活化和除尘处理，增强基板表面附着力和洁净度，提升电池的稳定性。大气等离子应用案例通过等离子表面活化，可以提高玻璃基板表面亲水性，有效优化表面附着力，提升电池的稳定性和品质，从而改善器件的性能。等离子处理玻璃基板*光伏原片玻璃（图片来源：江西赣悦新材料，侵删）USC干式超声波除尘应用案例通过USC干式超声波除尘清洗机清除基板上的浮尘，可以提高光伏电池的性能和稳定性。除尘率可达97-99%光伏电池基板除尘光伏太阳能电池领域应用设备1、 大气等离子清洗机SPA-5800具有强大的数据处理功能，实现设备数字化控制，可对接客户产线，有效减低生产成本。✅ 支持数字通信接口和模拟通信接口✅ 搭载进口ARM芯片，实现功率自匹配✅ 具有十余种故障报警功能，故障率低2、 中频宽幅等离子清洗机适用于各种平面材料的清洗活化，可装配不同长度等离子枪头，可客制化流水线设备。✅ 等离子体均匀✅ 电源设计兼容性充足，输出功率范围大✅ 软件/硬件多重保护，安全可靠3、 在线式干式超声波除尘清洗机集除尘、除静电为一体的在线式除尘设备。配有真空吸附移动平台、内部洁净系统，不会对洁净室造成2次污染。✅ 非接触式除尘，产品无损伤✅ 闭环系统，不造成2次污染✅ 以空气作为除尘媒介物质，无需水、溶剂、干燥等过程4、 接触角测量仪SDC-200S光伏电池制备中对于基板表面的润湿性能具有一定的要求，SDC-200S具有全面、完整、精准的拟合测量法，可用于光伏电池基材表面润湿性能检测。✅ 变焦变倍镜头，成像清晰✅ 自动注液系统✅ 可自动生成报告

【科学背景】钙钛矿太阳能电池（PSCs）是下一代光伏技术的有力竞争者，因其优异的光电性能和低成本、大规模制造的兼容性，成为了研究热点。然而，PSCs在商业化过程中面临着操作稳定性的问题，这主要归因于钙钛矿薄膜与载流子传输层之间界面缺陷的存在，导致器件性能和稳定性下降。为了解决这一问题，全球范围内的科学家们进行了大量研究，提出了多种改善钙钛矿材料和器件稳定性的方法，如新型材料的引入、加工工艺的优化以及钝化策略的应用。近年来，利用超分子化学中的主–客体络合策略来减少钙钛矿材料中的缺陷浓度，已被证明是提升PSCs光电性能的有效手段。基于此，洛桑联邦理工学院Michael Grä tzel院士课题组的Chenxu Zhao（复旦大学和华北电力大学校友）, Zhiwen Zhou以及复旦大学张鸿教授、华北电力大学Jianxi Yao等科学家提出了一种双主-客体（DHG）络合策略，通过在钙钛矿表面依次引入Cs–冠醚络合物和有机铵盐，以调控其体相和界面特性。研究结果表明，该策略不仅有效钝化了钙钛矿中的缺陷，还显著提升了载流子的提取和传输效率，使器件的光电转换效率（PCE）达到25.89%（认证值为25.53%），并且在连续1050小时光照条件下，保持了96.6%以上的初始PCE。这一研究为提高PSCs的操作稳定性提供了新的解决方案。【科学亮点】1. 实验首次引入了双主客体（DHG）络合策略，用于调控富含FAPbI3的钙钛矿太阳能电池（PSCs）的体相和界面特性。通过这一策略，成功地钝化了钙钛矿薄膜中的缺陷，并提高了载流子的提取和传输效率。2. 实验通过NMR光谱和电光特性表征，验证了DHG策略的有效性。NMR光谱显示，冠醚修饰了铵环境，表明双重处理在分子水平上产生了协同效应。同时，电光特性测试结果显示，DHG处理后的钙钛矿薄膜表现出更低的非辐射载流子复合损失和更高的电荷提取效率。3. 实验结果显示，经过DHG处理的PSCs实现了高达25.89%的光电转换效率（PCE），并且经过1050小时的一倍太阳光照连续操作后，保留了96.6%以上的初始PCE（25.55%），表现出卓越的操作稳定性。【科学图文】图1： 超分子界面设计与表征。图2：表面形态、电势和局部态密度。图3：器件性能和载流子动态表征。【科学启迪】本文通过创新的双主客体（DHG）络合策略，能够有效地调控钙钛矿太阳能电池（PSCs）的体相和界面特性，从而显著提高其光电转换效率和操作稳定性。这一策略不仅成功钝化了材料中的缺陷，减少了非辐射载流子复合损失，还优化了钙钛矿与空穴传输层（HTL）之间的电荷传输，最终实现了高达25.89%的光电转换效率，并在连续1050小时的光照测试中保持了96.6%以上的初始性能。这表明，通过合理设计和应用超分子工程，可以克服现有钙钛矿太阳能电池在稳定性上的关键瓶颈，为实现高效、稳定的下一代光伏技术提供了新思路和技术路径。这一研究成果为未来钙钛矿光伏器件的商业化奠定了坚实基础。参考文献：Zhao, C., Zhou, Z., Almalki, M. et al. Stabilization of highly efficient perovskite solar cells with a tailored supramolecular interface. Nat Commun 15, 7139 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51550-z

【科学背景】随着对可再生能源的需求不断增长，太阳能电池成为了一种重要的能源转换技术。金属卤化物钙钛矿材料因其高效率和低成本而备受关注，单结钙钛矿太阳能电池已经取得了显著的进展，但在放大到大面积时存在均匀结晶的挑战。串联太阳能电池被认为是提高效率并拓展光谱利用范围的重要途径。全钙钛矿串联太阳能电池的制备面临着挑战，其中主要问题之一是宽带隙和低带隙钙钛矿层的非均质结晶。在制备过程中，由于涂覆时间窗口的短暂性，钙钛矿薄膜往往无法均匀形成，导致效率受到影响。为了解决这一问题，南京大学谭海仁教授团队通过引入了氨基乙酰胺盐酸盐（AAH）到混合锡（Sn）-铅（Pb）金属卤化物钙钛矿前驱体中，并采用二甲基甲酰胺和二甲基亚砜作为溶剂。这种两性离子盐的加入触发了前驱体中各成分之间的相互作用，有助于形成均匀的钙钛矿薄膜。特别是，AAH盐和二甲基甲酰胺的配位能有效减缓溶剂释放过程，延长了钙钛矿薄膜形成的时间窗口。该研究通过延长钙钛矿薄膜形成的时间窗口，成功解决了全钙钛矿串联太阳能电池制备过程中的非均匀结晶问题。通过引入AAH盐和优化溶剂体系，科学家们成功制备出大面积且均匀的钙钛矿薄膜，从而提高了太阳能电池的效率。这一研究为全钙钛矿串联太阳能电池的可扩展制造提供了一种新的策略和途径。【科学解读】为了研究二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）比例对涂覆的Pb-Sn钙钛矿薄膜的影响，研究者在图1中首先展示了不同DMF：DMSO比例下的Pb-Sn钙钛矿薄膜形貌。结果表明，当DMF：DMSO = 9：1（v/v）时，Pb-Sn钙钛矿薄膜呈现最佳形貌，而不适当的溶剂比会导致薄膜中出现空隙。接下来，研究者进一步研究了涂覆处理窗口（Δt）与钙钛矿薄膜质量的关系。他们将Δt分为涂覆钙钛矿油墨所需的总时间（Δt1）和将湿膜转移到加热阶段所需的时间（Δt2），并发现DMF：DMSO = 9：1（v/v）的对照油具有较短的处理窗口，导致后续刮刀涂覆的Pb-Sn钙钛矿薄膜上出现针孔。然而，当作者将氨基乙酰胺盐酸盐（AAH）掺入前驱体油墨中时，发现Δt被延长至100秒，并且产生了无针孔的Pb-Sn钙钛矿薄膜，其晶粒呈大而垂直的取向。进一步研究表明，处理窗口Δt影响了Pb-Sn钙钛矿太阳能电池（PSCs）的性能。对照PSCs表现出对Δt的高敏感性，而AAH Pb-Sn PSCs在Δt延长时保持相似的性能。这些结果表明，适当的DMF：DMSO比例和处理窗口时间对于形成均匀且无缺陷的Pb-Sn钙钛矿薄膜至关重要。通过调节溶剂比例和处理窗口时间，并引入AAH掺杂，可以改善钙钛矿薄膜的质量，从而提高PSCs的性能和稳定性。图1. 涂覆Pb-Sn钙钛矿薄膜的均匀性。研究者旨在了解为什么AAH可以改善Pb-Sn钙钛矿薄膜的均匀性。他们发现，AAH与几乎所有钙钛矿前体成分都存在着分子间相互作用，包括PbI2、SnI2、甲胺碘化物（FAI）和溶剂。X射线光电子能谱（XPS）证实了结晶膜中存在AAH。吸收光谱表明，在AAH存在时，Pb-Sn钙钛矿的能隙基本保持不变。X射线衍射图样显示了相似的结晶度和晶体学取向，表明仅存在单一的钙钛矿相。Pb 4f7/2和Sn 3d5/2的结合能降低表明形成了Lewis酸碱AAH-Pb/Sn加合物，从而增加了无机盐的溶解度。二维1H-1H自旋扩散核磁共振（NMR）光谱揭示了AAH与钙钛矿的有机阳离子FAI之间的相互作用。傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析表明，AAH与DMF之间存在分子间氢键作用。密度泛函理论（DFT）计算表明，DMF的-C=O与AAH的-NH3+之间形成氢键。气相色谱（GC）分析显示，AAH有助于维持气体辅助湿法钙钛矿中的DMF，并延长了处理时间窗口。因此，研究者得出结论，AAH+有利于与Pb-Sn钙钛矿前体中的组分发生分子间相互作用，并延缓了结晶过程。 图2. 延长处理窗口的机理。为了理解氨基乙酰胺盐酸盐（AAH）对刮刀涂覆的Pb-Sn钙钛矿太阳能电池（PSCs）性能的影响，研究者首先研究了AAH在Pb-Sn钙钛矿薄膜中的定位和积累情况。时间飞行二次离子质谱（TOF-SIMS）显示了AAH+离子在钙钛矿薄膜中自顶部到底部逐渐增加的趋势，表明了AAH在Pb-Sn钙钛矿-PEDOT:PSS埋藏界面的积累，从而提高了界面的粘附性。接着，研究者研究了AAH对钙钛矿光物理性能的影响。超快激光吸收光谱显示了AAH Pb-Sn钙钛矿薄膜两侧动态的相似性。稳态荧光发射显示AAH Pb-Sn薄膜的强度相同且高于对照膜，而荧光衰减寿命远远长于对照膜。这表明AAH通过钝化底部表面减少了电荷载流子的俘获。接着，研究者评估了AAH对Pb-Sn PSCs光伏性能的影响。与对照器件相比，AAH基础器件的所有光伏性能都有所改善，其中包括更高的开路电压（Voc）和短路电流密度（Jsc），以及更高的填充因子（FF）。这一研究揭示了AAH在提高Pb-Sn钙钛矿太阳能电池性能方面的潜力，为钙钛矿光伏器件的进一步优化提供了重要参考（见图3）。图3. 涂覆Pb-Sn钙钛矿薄膜和太阳能电池的光电性能。研究者进行了图4的实验，旨在评估全钙钛矿串联太阳能电池的性能和稳定性。首先，他们利用具有AAH的Pb-Sn窄带隙（NBG）钙钛矿制备了单体全钙钛矿串联太阳能电池，并通过可扩展的加工技术进行了制备。结果显示，全钙钛矿串联太阳能电池展现出了显著的高效性能，冠军效率达到了26.8%，Voc为2.15 V，Jsc为15.5 mA cm&minus 2，FF为80.5%。随后，研究者在6x6 cm基板上制备了全钙钛矿串联太阳能电池模块，并优化了模块制造工艺。最佳PCE的八亚电池模块达到了96.1%的高GFF和220 μm的窄死宽度。通过引入AAH，他们还观察到了NBG钙钛矿油墨中Sn4+还原为Sn2+的现象，从而实现了在常温下进行模块制造的激光刻蚀。40个制造的全钙钛矿串联太阳能电池模块的平均PCE为23.3 ± 0.7%，冠军模块的PCE为24.9%，并在认证的独立实验室中获得了24.5%的认证PCE。这项研究的结果表明，AAH在提高全钙钛矿串联太阳能电池性能和稳定性方面发挥了关键作用，为实现高效、稳定的全钙钛矿光伏器件提供了重要的实验和理论基础。图4. 全钙钛矿串联太阳能电池的光伏性能及组件。 【科学结论】作者展示了20.25 cm2的全钙钛矿串联太阳能电池模块，达到了24.5%的认证效率。为了实现这一性能，作者使用了Good清单中的短链缓冲层来均匀化钙钛矿的结晶并钝化了埋藏界面。全钙钛矿串联太阳能电池可以实际达到30%的效率。低Jsc仍然是主要瓶颈，这是由于光反射、寄生吸收、Pb-Sn亚电池中的光吸收效率低和模块中的大死区引起的光学损耗。这些挑战可以通过光管理、增加具有长载流子扩散长度的Pb-Sn吸收层厚度以及减少模块中的死区来解决。由于钙钛矿-C60界面引起的Voc损失可以通过利用可扩展的后处理钝化方法来抑制，例如由刮涂沉积的化学钝化或者就像作者以前的工作中一样与3D/3D异质结合并，但其均匀沉积仍待开发。在稳定性方面，用惰性的背金属电极替代，例如导电的透明氧化物，并且将隧道复合结构替换为热稳定的结构，将进一步增强全钙钛矿串联模块的耐久性。原文详情：Han Gao et al. ,Homogeneous crystallization and buried interface passivation for perovskite tandem solar modules.Science383,855-859(2024).DOI:10.1126/science.adj6088

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍Laoss是一款用于设计、构建、仿真、优化钙钛矿/有机太阳能电池组件和OLED面板，对其热学、光学和电学性能进行仿真的软件。对于提高面板和组件效率、优化其性能、缩短研发周期、节省材料成本等有着具大的帮助。目前，针对中国科研单位用户，Fluxim 团队决定给予最大幅度的优惠，详情请与我公司联系。主要特点• 简单易用，快速有限元分析模拟仿真• 直观图像化用户界面以及Workflow• 普通计算机即可快速运行仿真计算• 具备可视化大范围输出数据及结果的功能分析方法• 基于电&热仿真的有限元分析法• 焦耳（电阻）加热的电热耦合• 强大的3D-Ray追踪光学模拟仿真计算，模拟&优化• 分析大面积组件/面板电极电损耗 for PV and OLED• 评估电极中的电流 for PV and OLED• 计算大型器件的 I-V 曲线 for PV and OLED• 优化太阳能电池组件效率 for PV• 计算组件/面板上的温度分布 for PV and OLED• 量化像素串扰效应 for OLED• 优化电极的几何形状 for LED and PV• 模拟缺陷和电分流对组件/面板的影响 for PV and OLED‍‍三大主功能‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍1.电学模块• 仿真大面积OLED面板和太阳能电池组件的特性(填充因子vs电导率，2D电位分布，电流密度，欧姆损耗，总输出功率等)• 优化OLED面板和光伏组件中的电极设计以减少电功率损失• 研究非理想效应（例如电分流）• 自动化优化电极的几何形状‍‍‍‍‍‍‍‍• 了解RGB OLED像素数组中的电串扰‍‍‍‍‍‍‍‍优化电极设计：电势图电极优化：电势图非理想效应（电分流）研究自动优化电极几何形状：输出功率vs钙钛矿太阳能电池的电极宽度OLED 像素数组中的电势图：层与层之间的漏电流造成OLEDs未正常工作‍‍2.热学模块• 模拟OLED面板或太阳能电池组件中的热学和电流（电热耦合）之间的双向相互作用• 在标准作业程序下计算OLED面板和太阳能电池组件中的温度分布• 分析由于电热耦合导致的OLED面板和太阳能电池组件中的非理想I-V特性曲线• 电热耦合可模拟热产生和电学性能两者之间相互作用‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍（1）具有六角形栅极的组件中的电位分布（2）对应(1)的温度分布（1）双向电热耦合相互作用引起的温度分布（2）模拟I-V特性曲线3.光学模块• 仿真研究具有复杂3D光学组件或表面纹理化的OLED面板和太阳能电池的组件• 通过构建独立的3D光学组件来仿真其对OLED面板和太阳能电池组件的贡献• 仿真OLED面板中的光学串扰• 可与SETFOS结合方便地分析光耦合几何特性‍‍仿真菲涅耳透镜或其他3D光学组件与太阳能电池或OLED耦合以提高效率光学串扰仿真曲面显示仿真更新后的4.1版本增加了以下功能1.交流模拟2.Laoss-Setfos整合集成一体化全面仿真3.金属栅线预定义：栅线数量、角度和base offset等4.预先定义像素形貌：XY方向像素数量5.几何设计导入和预定义几何设计6.可跳过在Laoss光学模块中切割三角形步骤7.固定偏振角 Phi 对于非偏振BSDFs8.关闭Laoss前检查改变参数，运行一个仿真或者加载一个不同的仿真9.Laoss光学：设定每个主要方向的独立边界形式10.Laoss光学模块：光谱图11.在XY结果图表中显示界面几何结构12.项目和模拟结果保存‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

作者：小武老师编辑：Joanna关键词CdTe, As doping, Atom probe tomography, Scanning transmission electron microscopy, Molecular beam epitaxy, Single crystalline薄膜电池（图片来源于网络）近年来，太阳能电池因其高转换效率、低成本和高稳定性特点倍受关注。其中碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池被认为是太阳能电池中容易制造的，因而它向商品化进展快，许多国家碲化镉电池已开始走向规模工业化生产。如今碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池的转化效率已经高于20%，若要进一步提高效率，就面临着提高效率的同时保持开路电压不变的挑战。碲化镉薄膜太阳能电池结构示意图（图片转自网络）基于碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池的结构和工作原理，人们目前实现的途径是确保载流子寿命不损失的情况下，在其P-N结构中添加掺杂元素，即P型掺杂。在大规模生产中砷元素As更安全，扩散更慢，因而被选为新型掺杂元素。但掺杂砷元素又会引发新问题。基于此背景，美国科罗拉多矿业大学（CSM）冶金和材料工程系的研究人员，在P-N结构中掺杂砷元素As后，对P-N结构进行原子尺度的微观深度分析，重点观察砷元素的掺入限制、簇状构造、溶解限和活化，研究其掺杂影响，以期实现增加P型掺杂的同时不损失载流子寿命，进而改善开路电压稳定性，提高太阳能电池的性能。美国科罗拉多矿业大学（图片来源于网络）观察过程中，研究人员应用了多种表面分析技术。其中低温阴荧光光谱仪（H-CLUE）对缺陷、掺杂等变化非常灵敏，因此在观测材料发光能量变化的环节中，研究人员用其表征和验证砷元素的掺杂效果，这对实验起到了重要作用。该工作以《Understanding arsenic incorporation in cdte with atom probe tomography》为题，发表于《Solar Energy Materials and Solar Cells》2018年，Volume 182（扫描二维码可直达英文原文）。 扫描识别查看左方二维码阅读英文原文如需了解该研究中的测试方法，扫描下方二维码留言，我们的应用专家将乐于为您提供解答服务。 扫描识别查看左方二维码寻找技术支持免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。horiba科学仪器事业部结合旗下具有近 200 年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

1：铅在钙钛矿器件中的难以被取代的原因 针对钙钛矿的毒性问题，一个关键问题是，在不含铅的情况下是否能够实现优异的钙钛矿光电性能。尽管在这方面已经取得了一些进展，但无铅钙钛矿太阳能电池的功率转换效率和稳定性仍然远低于含铅的钙钛矿光伏电池。这是因为含铅的钙钛矿具有一种特殊的轨道混合构型，有助于其出色的光电性能。因此，研究人员尝试使用具有类似轨道构型的其他金属来替代铅，其中被泛研究的材料是锡（Sn）基钙钛矿。 锡的离子半径（118&thinsp pm）与铅（119&thinsp pm）相似，并且具有孤对的5s和空的5p轨道，其有效核电荷（Zeff）分别为10.63和9.10。然而，锡离子Sn2+有被氧化为Sn4+的趋势（Sn2+/Sn4+的标准还原电势E0&thinsp =&thinsp 0.15 V，而Pb2+/Pb4+的E0=&thinsp 1.67 V）。这可能是因为缺乏镧系元素的影响，导致锡离子5s孤对电子的Zeff比铅离子中的6s孤对电子较小。因此，在钙钛矿薄膜中产生的Sn4+会意外地导致高缺陷密度，从而降低了光电性能。此外，据认为，SnI2的急性毒性比PbI2更高。 除了锡，还有另一种具有相同价电子构型的IV族元素，即锗（Ge）。然而，由于锗离子的较小离子半径（73&thinsp pm）和更高的氧化倾向（Ge2+/Ge4+的E0&thinsp =&thinsp 0&thinsp V），导致锗基钙钛矿的光电特性和稳定性较差。为了寻找稳定的无铅钙钛矿材料，研究人员还尝试了其他组合物，其中包括含有Bi3+和Sb3+的ns2元素。然而，这些组合物形成的晶体结构具有相对较宽的带隙和较差的电荷传输能力，限制了它们的光电特性。目前来看，就钙钛矿晶体的光电性能、热力学和环境稳定性而言，铅仍然是最有前景的元素。（见方框1表）方框1表：铅和其他替代离子以及含有这些离子的卤化物钙钛矿（相关）化合物的典型性质O、可实现的；X、无法实现。数据来源于参考文献中。2：PSCs对环境的影响为了评估PSCs对环境的影响，人们采用了生命周期评估的方法，考虑了从提取、纯化和制备铅相关原材料，到PSCs的制造、安装、维护，以及产品寿命结束时的处理等所有阶段。对PSC生命周期的评估得出了一些积极的结论，认为PSCs比其他技术（如商用硅太阳能电池）更具可持续性。然而，PSCs中铅的泄漏仍然是一个令人担忧的问题。一旦安装完成，面板的大部分寿命将受到不受控制的大气条件的影响，而面板的损坏可能导致铅溶解和扩散。通过生命周期分析和浸出研究，可以确定潜在的暴露浓度，但其对人类健康或环境的影响取决于有机物可生物利用总铅的量以及生物可利用部分是否具有毒性问题。在土壤中，铅的生物利用程度取决于水中铅的形态、土壤的化学成分（如离子强度、pH值、天然有机物）以及土壤类型（如粘土、壤土等）。钙钛矿中的有机阳离子会改变土壤的pH值，并影响植物对铅的吸收能力。图1 PSC的铅泄漏途径及其潜在环境影响的评估因此，在评估环境或人类健康风险时，应考虑铅的形式、化学转化以及周围的化学基质。人类每周铅摄入量（LWI）被视为衡量铅暴露的健康指标，联合国粮农组织将其上限设定为0.025 mg/kg。通过假设损坏的PSC面板中的所有铅将在有限的时间内泄漏并进入环境，可以估计在不同百分比的分散和环境扩散情况下的LWI水平。图1所示的方案是在考虑不同可能情况的基础上进行计算的，以估计LWI的潜在水平。从这些结果可以推断出，只有一小部分总铅可能对人类构成风险，因为在许多情况下，LWI将高于人类3000-5000年前的估计水平以及2010年取消的成人LWI限额。3：PSC中的铅固定化策略1）晶粒封装 通过将钙钛矿颗粒包裹在疏水性有机物（如聚苯乙烯）、防水氧化物（如TiO2、SiO2、Al2O3）或不溶性铅盐（如PbS、PbSO4、Pb(OH)2）中，可以有效地阻断水进入和离子流出的通道。选择透水性较低的覆盖层材料，确保覆盖层具有强疏水性、高致密性并完全覆盖钙钛矿晶粒。例如，通过在钙钛矿结晶前或后处理过程中引入小分子的缩合物，或在钙钛矿层的顶部沉积疏水分子或功能盐（如磺基、硫酸盐、硫化物），可以实现对晶界和表面的原位封装。良好粒径分布的含铅钙钛矿显示出出色的水稳定性，并在作为生物成像闪烁体时表现出潜在的应用前景，而对目标动物没有显著的细胞毒性，这表明生物利用度降低。另外，将防水层插入用于内部或外部封装的PSC中，也可以防止水分渗透。然而，这些方法在器件损坏的情况下可能会失效。尽管通过将可固化材料与密封剂混合赋予了一些自修复特性，但由于受损密封剂的固化通常需要外部刺激（如紫外线辐射、加热），其保护效果可能存在问题。2）铅络合 通过添加适当的添加剂，形成与铅离子（Pb2+）形成低溶解度复合物的策略，降低钙钛矿中铅化合物的溶解度。典型的添加剂应具备两个供电子的路易斯碱官能团（如羰基、硫醇、磺基、硫化物、卟啉环、冠醚），通过酸碱相互作用与路易斯酸性的Pb2+离子配位。添加剂的疏水主链或侧链应具有疏水性部分（如长烷基链、氟基团、碳纳米管），使得在络合后形成的络合物在水中沉淀。因此，形成的络合物在配体与Pb2+离子螯合之后变得疏水。例如，在钙钛矿前体中加入聚丙烯酸接枝的碳纳米管（CNT-PAA），可以有效抑制相应PSCs中的铅泄漏。3）结构集成 通过提高组成元素之间的结合强度、集成体的连接性和界面内聚力，钙钛矿结构在器件内的集成可以增加水渗透、结构碎裂和分层的能垒，从而提高结构的稳定性，防止水溶解和铅泄漏。例如，通过引入具有强配位能力或偶极-偶极相互作用的界面/集成桥，可以增强器件的互连性。已证明，钙钛矿顶表面的化学相互作用增强对抗晶体坍塌和延缓铅释放的效果是有效的，但在器件损坏的情况下可能会失效。因此，需要将整个结构集成，包括钙钛矿层的表面、本体和界面。通过在钙钛矿层中引入可聚合单体，构建钙钛矿/聚合物基质，可以实现钙钛矿晶粒的整合。例如，丙烯酰胺单体作为钙钛矿膜的添加剂，可以在原位聚合过程中形成聚酰胺，并与钙钛矿发生转化。聚酰胺中的-C=O基团可以在晶界和钙钛矿表面与过配位的Pb2+发生相互作用，形成坚固的螯合结构在沉积的薄膜中。此外，聚酰胺在暴露于水中时易形成水凝胶，这进一步防止了Pb2+从器件溶解和扩散到水中。此外，。聚合过程中单体的团聚效应可以在钙钛矿层内引起压缩应变，从而增加离子迁移的活化能和水渗透的势垒，提高高湿度条件下的晶体稳定性此外，将钙钛矿渗透到刚性和介孔结构中，也有望防止结构坍塌。4）泄漏铅的吸附 由于铅固存效率（SQE）与吸附位点的密度直接相关，因此需要充足的负载材料，以确保足够的铅吸附能力。因此，在装置的内层中实施Pb吸附剂可能是不够的，因为逐层清除的能力有限。过多的绝缘材料会降低电极的导电性。此外，电荷传输层的厚度通常只有几百/几十纳米，这限制了捕获钙钛矿膜中所有Pb2+的能力。因此，更好的选择是将铅吸附材料嵌入外部封装中，这样可以避免负载量的限制，保持器件性能。例如，Li等人提出了一个优秀的方法，通过在前玻璃顶部沉积高透明度的Pb吸附剂，而不需要过滤入射光，并将聚合物密封剂与Pb2+结合材料的混合物插入后电极和封装盖之间。由于两侧都具有显著的铅吸附能力，这种化学方法可以显著减少铅泄漏达到96%。此外，应在不同的温度和pH条件下组合使用具有不同活性的铅吸附材料。例如，利用膦酸和亚甲基膦酸基团组成的铅吸附剂，由于其温度依赖的去质子化效应，可以在较大温度范围内保持较高的铅固存效率（SQE）。图2：PSC中的铅固定化方法4：PSC中的铅固定化策略对比及铅泄漏测量方案设计对上述四种铅固定策略从工作机理、保护效果及对器件性能的影响等方面进行了系统比较。值得注意的是，内部铅固定策略（即分离、络合、整合）表现出高选择性和快速响应性，因为在泄漏之前Pb2+离子得到了预先保护，但其铅固存效率（SQE）相对较低（约60-80%）。铅的固定能力与嵌入添加剂中功能位点的密度有关，尤其对于络合方法。然而，添加剂中的大多数是绝缘的，在某些情况下是光吸收的，这会破坏电荷传输和光子捕获，并且添加剂与Pb前体之间的相互作用会影响钙钛矿结晶。因此，在添加剂浓度超过钙钛矿材料的容忍度时，可能会在PCE和SQE之间存在权衡。然而，适量的Pb固定添加剂可以有利地提高PCE和寿命，分别通过最佳优化器件与原始器件的PCE和寿命比来定义。晶粒封装和化学络合的方法由于晶粒的惰性和形成的铅络合物的不溶性，在铅回收过程中可能面临挑战，因为铅回收依赖于从器件中提取铅的容易性。此外，在大规模制造中，在钙钛矿层中形成均匀覆盖层可能存在问题，因为难以控制层厚度，这限制了PSC的升级。在这些方面，结构集成似乎更具潜力，其中铅的固定能力与添加剂的结构稳定性相关，而不是与螯合位点有关，从而实现相对较高的SQE（约80%）。相比之下，在SQE接近100%的情况下，外部实施铅吸附剂在抑制铅泄漏方面更为有效，因为可以加载大量材料而不影响器件性能。然而，这种方法仍然存在一些缺点，可能会降低其有效性。值得注意的是，PSC的铅泄漏及其吸附在很大程度上取决于测试条件，如温度、pH值、暴露水的体积以及设备的损坏方式。然而，表2中报告的SQE值是在完全不同的条件下测量的。为了定量评估PSC的铅泄漏并比较全球各实验室使用不同铅固定技术的情况，需要建立一个由计算模型支持的标准铅泄漏测试方法。此外，建议采用标准方式测量一些指标，如总泄漏铅浓度（cLL）、泄漏率（LR）和SQE，并模拟钙钛矿在恶劣天气条件（酸性和大雨）下的两种暴露情况（浸水和滴水），如表2和图3a所示。此外，应使用老化的钙钛矿膜进行铅泄漏测量，而不是完整器件，包括有或没有分层封装剂，以模拟钙钛矿层完全暴露于水的情况。此外，可以进行生物测试，评估泄漏铅对植物或动物生长的影响。图3：建议的铅泄漏测量和铅固定器件结构四、小结铅基PSCs的研究在效率和稳定性方面取得了快速进展。现在是时候进一步研究如何在考虑可持续性的情况下，在大规模工业规模上实施这一有前景的技术的下一阶段，以避免从前体制备到太阳能电池板的长期工作寿命中可能发生的铅泄漏。同时，在实际部署基于卤化铅钙钛矿的光电器件时，需要进行深入的职业和当地人口风险评估，以确保在其运行过程中和使用寿命结束时防止铅泄漏，这不仅是法律要求，也是道德义务。有关铅使用的具体立法可以推动铅固定化和设备回收战略的创新。同时，应制定紧急应对措施计划，以减少发生火灾事故时空气中无意排放的铅对土壤的污染。此外，在将PSCs投放市场之前，应进行标准测试，以评估潜在的铅泄漏风险。参考文献Zhang, H., Lee, JW., Nasti, G.et al. Lead immobilization for environmentally sustainable perovskite solar cells. Nature 617, 687–695 (2023).Doi: 10.1038/s41586-023-05938-4

近日，普达特科技披露称，公司将向客户制造及供应14套太阳能电池设备。其中，9套太阳能电池制绒设备预期于今年第四季交付。今年7月，公司完成更名，正式进入面向半导体及太阳能设备制造领域的全面转型期。紧接着8月份，公司宣布完成对两家太阳能设备公司的收购，向泛半导体设备制造商转型再进阶。太阳能设备在中国的市场前景更值得期待，据测算，2023年全球太阳能组件市场规模将达到781亿美元，对应到普达特科技关注的太阳能电池设备市场，则有高达56亿美元的市场规模。其中，中国更是占到全球太阳能设备市场比重的超过95%。在“碳中和”背景下，近年来中国出台了一系列政策鼓励和支持太阳能发电，太阳能电池作为产业链的重要组成部分，成为资本聚焦的核心。普达特科技的设备业务目前有两大板块：半导体设备以及太阳能设备。其中，半导体业务依靠公司强大的自研团队及外延式并购双轮驱动，主要涉及单片机清洗设备以及薄膜沉积工艺的CVD设备。太阳能业务是通过收购德国RENA公司中国区太阳能业务而来，主要涉及湿法清洗制绒设备以及铜电镀设备。目前，公司在徐州的一期生产基地共三层，总建筑面积可达三万平米，目前太阳能设备装配面积4,200平米，半导体设备制造面积1,000平米，及仓储物流面积2,000平米。目前生产基地的年产能约为太阳能设备300台，半导体设备100台，未来3-5年的规划为太阳能1000台，半导体500台。为配合累计订单及多种设备的产能需求，后续扩增生产基地亦是题中之意。今年6月份，公司出货了首台太阳能湿法设备，目前，公司正在组装若干台太阳能湿法设备以及半导体清洗设备。