太阳能电池薄膜材料

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

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。

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

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。

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

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

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

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！

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。

近十年来，具有高效率和低成本特性的钙钛矿型太阳能电池(PSCs)受到了越来越多的关注，尤其是柔性钙钛矿型太阳能电池(f-PSCs)在建筑一体化光伏、建筑贴附式光伏、便携式设备以及航空航天领域有广阔的应用空间，成为了研究人员关注的热点。虽然f-PSCs近些年来发展迅速，其光电转化效率仍旧落后于刚性PSCs，在f-PSCs处于弯曲状态下这种效率差距尤为明显。 　　前期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员和刘畅研究员等人通过薄膜形貌调控、载流子传输层修饰和新型二维钙钛矿材料设计(Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416；Adv. Funct. Mater. 2022, 10, 2210600；Infomat 2022, e12379；Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630)等手段，大幅提升了柔性和刚性钙钛矿光伏器件的效率和稳定性。 　　然而，较弱的激子解离能力和较差的成膜质量仍旧制约着f-PSCs的效率，对此团队创新性地通过优化二维钙钛矿中有机大分子的吡啶环中的N原子位置，使大分子的偶极矩增大，实现了具有铁电性的二维钙钛矿。 　　研究发现铁电性的二维钙钛矿的加入能有效增强内建电场，进而提升激子解离效率并抑制器件中的非辐射复合。在三维钙钛矿结晶过程中二维钙钛矿种子可以辅助其成为更均匀和定向程度更高的晶体薄膜，释放薄膜中拉伸应力。因此，基于此的f-PSCs效率达到了23.08%，并且具有较好的机械稳定性，在经历了1000次循环弯折试验后仍旧可以保持原有能量转化效率的85%以上。 　　此外铁电二维钙钛矿具有压电性，在弯曲状态下可以引起ITO/钙钛矿界面的能带弯曲降低空穴传输势垒，因而该器件在拉伸应力下会呈现出更高的能量转化效率，为开发更高效的f-PSC提供了新的思路。 　　相关研究成果以“Rational design of ferroelectric 2D perovskite for improving the efficiency of flexible perovskite solar cells over 23%”为题，发表于Angew. Chem. Int. Ed.(相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202217526)，宁波材料所葛子义研究员和刘畅研究员为该论文的通讯作者，硕士生韩斌、王耀华为共同第一作者。 　　上述工作获得了国家杰出青年科学基金(21925506)、国家重点研发计划(2017YFE0106000)、国家自然科学基金(51773212、81903743、22005322)、宁波市科技创新2025重大专项(2018B10055)、中国科学院前沿科学研究重点项目(QYZDB-SSW-SYS030)等的支持。(a)新型二维钙钛矿的结构；(b)柔性器件的J-V曲线

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

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

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

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。

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.

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。

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

style type="text/css".TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }/stylep　　柔性可穿戴电子是未来电子元器件发展的热点方向，电源是其重要的组成部分。电源的选择和设计影响未来可穿戴电子的设计与功能。目前，电源对可穿戴电子的户外使用性、大面积贴合性和安全性有较大限制。/pp　　近年来，金属有机杂化钙钛矿太阳能电池以其优越的光电转换性能而受到广泛关注。基于钙钛矿材料平面结构器件的光电转换效率在短短几年时间取得重要突破，最高效率为22.1%。卓越的光电性能为其应用在可穿戴电子设备提供了可能。但柔性钙钛矿太阳能电池尚未能切实应用于可穿戴电子设备中，限制这一发展是因为当前柔性器件仍存在大面积重现性差和弯折性能衰减的问题。/pp　　在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中科院化学研究所绿色印刷院重点实验室研究员宋延林课题组，在印刷制备钙钛矿晶体及电池器件方面开展了深入系统的研究。他们在喷墨打印制备钙钛矿电池器件取得突破，实现了相比传统工艺更环保的印刷制备方法。在喷墨打印钙钛矿单晶材料上取得进展，实现了印刷制备三基色钙钛矿发光单晶材料。/pp　　在上述研究的基础上，研究人员发现柔性钙钛矿器件中的界面层对钙钛矿层的生长和稳定性具有较大影响。研究通过纳米组装-印刷方式制备的蜂巢状纳米支架可作为力学缓冲层和光学谐振腔，从而大幅提高柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和力学稳定性。研究表明，蜂巢状纳米结构可以有效释放器件弯折时产生的应力，并作为支架诱导钙钛矿薄膜结晶。同时，该结构作为光学谐振腔可对整个器件进行光富集调控，从而提高器件的光吸收效率。引入蜂巢状纳米支架后，所制备的柔性钙钛矿太阳能电池光电转换效率达12.32%。进一步研究发现，该电池具备优异的耐弯折性，可应用于柔性太阳能电池组件。该太阳能电池组件光电转换效率高、性能稳定，可广泛应用于各类可穿戴器件。研究为研发新一代可穿戴电子设备提供了新的思路和方法，研究成果发表在emAdvanced?Materials/em杂志上。/pp style="text-align:center "img alt="" oldsrc="W020171214357503192649.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/uepic/7b617793-0bf5-4670-80bf-a5b2a8056d91.jpg" uploadpic="W020171214357503192649.png"//pp style="text-align: center "蜂巢纳米支架的制备及可穿戴太阳能电源应用/p

近日，大连化物所太阳能研究部薄膜太阳能电池研究组(DNL1606组)杨栋研究员和刘生忠研究员团队采用电子传输层中氧空位缺陷填充的策略，制备出目前有文献报道的最高效率的柔性钙钛矿太阳能电池组件。 　　柔性钙钛矿太阳能电池由于具有质量轻，便携式，高功质比等优点被广泛关注。该团队长期致力于柔性钙钛矿太阳能电池中低温条件下制备高质量钙钛矿吸光层和电子传输层的研究。团队早期开发了可室温磁控溅射的TiO2电子传输层(Energy Environ. Sci.，2015)、可低温制备的固态离子液体电子传输材料(Adv. Mater. ，2016)，制备出高效率柔性钙钛矿太阳能电池。随后，团队通过开发二甲基硫醚添加剂延缓钙钛矿的结晶过程，提升钙钛矿吸光层的质量，再次提升了柔性钙钛矿太阳能电池的效率(Adv. Mater.，2018)。本工作中，团队利用紫外光照射产生的氧和羟基自由基处理SnO2电子传输层，降低了SnO2薄膜中的氧空位缺陷。研究发现，由于给电子羟基的引入使得SnO2的能级向上移动，有利于钙钛矿中电子的导出；羟基可以在SnO2和钙钛矿之间形成氢键，改善界面接触，提供电荷传输的通道；处理后SnO2表面的浸润性得到有效改善，更利于制备大面积均匀的钙钛矿薄膜。最终，团队制备出面积为36.50cm2的柔性钙钛矿电池组件，效率达到18.71%，这是目前有文献报道的柔性钙钛矿组件的最高效率。同时，柔性钙钛矿组件表现出良好得机械性能，器件在弯曲1000次后，仍可保持83%的原有效率。该工作提出了一种简单有效的界面处理方式，为促进高性能柔性钙钛矿电池组件的发展提供了有效途径。 　　上述工作以“Highest-Efficiency Flexible Perovskite Solar Module by Interface Engineering for Efficient Charge-Transfer”为题，于近日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该工作得到国家自然科学基金等项目的资助。

可再生能源和绿色能源是驱动未来经济发展的动力。作为重要的可持续能源技术之一，太阳能电池将成为主要能源以满足全球对能源的需求。在各类太阳能电池中，染料太阳能电池以其较高的性价比而得到了广泛应用。　　传统的染料太阳能电池利用纳米颗粒和纳米线来提高其光电转换效率。然而这些都是基于二维的平面结构，从而限制了此类光电池效率的进一步提高。美国佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)王中林教授领导的研究小组研制开发出纳米和光纤技术相结合的三维染料太阳能电池。其独特的三维结构大大提高了同类太阳能电池的光电转换效率。这一最新成果近期发表在德国《应用化学》(Angewandte Chemie) 上。　　王中林教授，魏亚光博士和研究生本杰明温超布将太阳能电池结构和光纤技术结合在一起，利用纳米结构实现了三维光电池的设计。光纤和纳米线混合结构的三维染料太阳能电池主体结构包括光纤和垂直生长于光纤表面的氧化锌纳米线阵列(如图所示)。太阳光从光纤一端延轴向入射并传播。三维太阳能电池的核心设计思想在于入射光在光纤内传播过程中多次反射。每一次反射过程中，入射光会通过氧化锌纳米线与其表面附着的染料相互作用。多次反射增加了入射光子与纳米线表面的染料相互作用的次数，从而大大增加了对光线的吸收以及光电子的输运效率。实验结果表明，对于同一个三维染料太阳能电池，相对于光线照射在光纤侧壁，光线延轴向传播将太阳能电池的能量转换效率提高了六倍。在一个太阳(AM 1.5)光照下，基于氧化锌纳米线的三维染料太阳能电池的光电转换效率达到3.3%。这一效率比此前报道的同类型二维染料太阳能电池的最高效率高出120%，比使用带有二氧化钛薄膜涂层的氧化锌纳米线的染料太阳能电池效率高出47%。　　新型的三维染料太阳能电池在科研和实际应用中具有以下突出特点。从物理学的角度来看，以纳米线为基础的二维染料太阳能电池的表面面积较小，从而限制了染料的加载和对太阳光的吸收。增加纳米线的长度可以增大表面积，但纳米线的长度受到材料制备和电子扩散长度的限制。三维染料太阳能电池的独特结构克服了上述困难：入射太阳光在光纤内多次反射，在不增加电子输运距离的情况下多次与纳米线表面的染料相互作用，大大增加了对光线的吸收以及光电子的输运效率。在应用上，三维染料太阳能电池具有以下主要优点：首先，光纤的使用使得太阳能电池得以远程工作和具有高移动性。它可以工作在太阳光无法到达的地层和海洋深处 其次，三维染料太阳能电池可以有更小的尺寸，更高的效率，更大的流动性，更可靠的设计，更灵活的形状，并有可能降低生产成本 第三，三维染料太阳能电池可以在不同的光强下有效工作，具有较高的动态工作范围。此研究成果为设计使用光纤和有机、无机材料混合结构的三维高效多功能太阳能电池开辟了崭新方法和思路。　　光纤和纳米线混合结构的三维染料太阳能电池结构和基本工作原理示意图。A)三维染料太阳能电池包括光纤和垂直生长于光纤表面的氧化锌纳米线阵列。图中上半部为传统光纤用于光线的远程传输，下半部为太阳能电池用于光电转换。B) 三维染料太阳能电池的细节结构。

█ 重点摘要最近,陕西师范大学向万春团队利用光焱科技公司的测试设备,开发出以甘蓝胺（GDA）埋入SnO2/钙钛矿界面上分子桥优化钙钛矿太阳电池。该研究结合先进的测试设备与材料开发策略,实现了电池转换效率从22.6%提升到24.7%,并显著改善了稳定性。1. 使用分子改性剂甘蓝胺（GDA）在SnO2/钙钛矿的埋底界面上构建分子桥，从而产生优异的界面接触。2. 通过GDA和SnO2之间的强烈相互作用实现的，明显调节能级。此外，GDA可以调节钙钛矿晶体的生长，产生晶粒尺寸增大且无针孔的钙钛矿薄膜，缺陷密度显着降低。3. 经过 GDA 修改的钙钛矿太阳电池表现出开路电压（接近1.2V）和填充因子的显着改善，从而使功率转换效率从 22.6% 提高到 24.7%。此外，GDA 器件在最大功率点和 85°C 热量下的稳定性均优于对照器件。█ 研究背景钙钛矿太阳能电池因具理论上可达25%的高转换效率,受到广泛关注，但钙钛矿材料易受温湿度影响降解,SnO2与钙钛矿界面难以实现有效电荷传输,使实际效率较预期低,制约了商业化进程。如何提升钙钛矿太阳电池转换效率和长期稳定性是当前研究热点。充分发挥精密量测设备的优势,开发高性能钙钛矿材料与界面工程技术,实现电池效率和稳定性的同步提升,是目前的研究方向。█ 研究成果陕西师范大学向万春团队设计开发出甘蓝胺(GDA)分子材料,优化SnO2与钙钛矿界面。X射线衍射分析表明,GDA调控钙钛矿晶粒生长,生成高质量钙钛矿薄膜,增加晶粒尺寸,降低缺陷密度。此外，GDA 可以调节钙钛矿的生长以形成高质量的薄膜，从而减少缺陷和相关的非辐射电荷复合。因此，经过GDA修饰的 PSC 表现出接近1.2 V的令人印象深刻的VOC和 24.70%的效率，高于对照器件的22.60%和离子类似物醋酸胍(GAAc)修饰的PSC的24.22%，同时迟滞现象减少最后，与对照和GAAc修改的器件相比，GDA 修改也大大提高了最大功率点 (MPP)跟踪和85 °C热量下的器件稳定性。该研究成果发表在《Angewandte Chemie International Edition》█ 研究方法采用设备本研究采用光焱科技AM1.5G太阳光模拟器(AAA class solar simulator)以及Si标准参考电池SRC2020(NREL-certified silicon cell )，量子效率量测设备 QE-R。█ 结果与讨论要点1：分子与SnO2和钙钛矿的桥接作用研究团队选择GDA作为钙钛矿界面改性剂的原因有两方面：其一，GDA具有高热稳定性和良好的溶解性，在界面形成和沉积过程中能够提供稳定的支撑。其二，GDA分子含有羧基和GA基团，可以与SnO2和钙钛矿形成强的配位作用，从而在两者之间建立桥梁，改善界面接触，有助于提高载流子传输效率和减少电荷复合。研究团队通过实验和密度泛函理论计算证明了GDA与SnO2之间的化学相互作用，主要源于GDA中的羧基与SnO2表面的欠配位Sn4+结合。傅里叶变换红外光谱（FTIR）测量也支持了这一观点，显示出GDA分子与SnO2层之间的相互作用。要点2：GDA对SnO2层的改性研究团队使用顶视扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）表征了GDA对SnO2层形貌和粗糙度的影响。GDA修饰导致SnO2表面的纳米粒子层变得更加均匀和连续，粗糙度减小，有利于钙钛矿薄膜的均匀成核和结晶，从而提高界面电荷转移效率。通过紫外光电子能谱（UPS）测量，研究团队观察到经过GDA修饰的SnO2能级发生改变，费米能级上升，有利于界面电荷传输。这些结果进一步表明，GDA修饰影响了SnO2的能级结构，从而改善了PSC界面性能。要点3：下界面改性对钙钛矿层的影响研究团队研究了经过GDA改性和未经GDA改性的SnO2层上钙钛矿层的性能。通过SEM和XRD表征，研究团队发现GDA修饰有助于形成更平坦和致密的钙钛矿薄膜，提高了结晶度。这对于减少电荷缺陷和提高电荷传输效率非常重要。要点4：下界面改性对钙钛矿薄膜结晶的影响通过原位XRD测量，研究团队研究了GDA修饰对钙钛矿薄膜结晶过程的影响。结果显示，GDA改性影响了中间相的形成，导致晶格膨胀。此外，研究团队发现GDA修饰还影响了钙钛矿薄膜的晶粒尺寸和结晶动力学，进一步改善了薄膜质量。要点5：器件性能与稳定性研究团队制备了经过GDA修饰和未经GDA修饰的PSC，并评估了它们的性能和稳定性。结果显示，经过GDA修饰的器件在光电转换效率（PCE）和稳定性方面都表现出优势。GDA改性有助于抑制非辐射电荷复合，提高载流子提取效率，并减少界面陷阱密度。这导致了更高的PCE和更好的稳定性。█ 结论该研究运用精密的光伏测试设备,开发出甘蓝胺分子材料修饰SnO2/钙钛矿界面,显著提升了钙钛矿太阳电池的转换效率和长期稳定性。研究证明先进测试设备的应用为材料开发提供了有力支撐,也为实现高效稳定钙钛矿太阳电池的低成本批量生产提出了新的设计思路。期待不同领域的产学研单位通力合作,加快高效钙钛矿太阳电池的实际应用进程。

据美国物理学家组织网6月27日(北京时间)报道，加拿大科学家表示，他们研发出了一款新式的全光谱太阳能电池，其不但可以吸收太阳发出的可见光，也可以吸收不可见光，从理论上讲，转化效率可高达42%，超过现有普通太阳能电池31%的理论转化率。研究发表在最新一期的《自然光子学》杂志上。　　此款基于胶体量子点(CQD)的高效串接太阳能电池由加拿大首席纳米技术科学家、多伦多大学电子与计算机工程系教授泰德萨金特领导的科研团队研制而成。论文主要作者王希华(音译)表示，该太阳能电池由两个吸光层组成：一层被调制用于捕捉太阳发出的可见光 而另外一层则可以捕捉太阳发出的不可见光。　　萨金特介绍说，为了做到这一点，该团队用纳米材料串联成一个名为分级重组层的设备，能往返运输可见光层和不可见光层之间的电子，有效地将捕捉可见光的吸光层和捕捉不可见光的吸光层结合在一起，这样，两个吸光层都不需要妥协。　　该研究团队在使用CQD制造太阳能电池方面一马当先，CQD这种纳米材料很容易被调制来对特定波长的可见光和不可见光作出反应。新式串联CQD太阳能电池捕捉光波的波长范围比普通太阳能电池更加宽泛，因此，从理论上讲，其转化率可达42% 相比之下，最好的单结太阳能电池的最大转化率仅为31%，而一般位于屋顶或日常消费产品中的太阳能电池的转化率仅为18%。　　研制高效的、成本合理的太阳能电池是全球共同面临的巨大挑战。萨金特说：“全球都需要转化效率超过10%的太阳能电池，并希望能显著降低现有光伏组件的零售价。最新进展提供了一条切实可行的道路，其能最大限度地捕捉太阳发出的各种光线，有望提高转化率并降低成本。”　　萨金特希望，在5年内，将这款新的分级重组层太阳能电池整合入建筑材料、手机和汽车零件中。

量子点是大约2到10纳米大小的半导体纳米晶体。由于其可调的光电特性，它们被广泛应用于LED、单电子晶体管、医疗成像和太阳能电池等领域。当用于太阳能电池时，光在量子点中产生一个电子-空穴对，可以通过施加电化学能将其分离。电子和空穴的流动产生了电流。 硫化铅（PbS）量子点具有高效、低成本和高空气稳定性等优点，是一种很有前景的光伏材料。不同的量子点合成方法可以产生不同的晶体面，从而导致不同的配体结合特性，反过来影响所谓的“陷阱态“的出现。这些陷阱态限制了太阳能电池的性能，而使陷阱态钝化是提高这些器件功率转换效率的重要策略。 华中科技大学、慕尼黑工业大学、南方科技大学以及深圳大学合作发表的一篇论文表明，可以通过控制量子点的合成来控制Pbs量子点结晶面的形成【1】。在热力学控制下，它们主要形成了带有{100}和{111}晶面的截断八面体（见下图c），而在动力学生长机制下，生成普通的八面体（见下图d），且只显示{111}晶面。 掠入射小角X射线散射（GISAXS）是研究这些量子点形状差异的有效方法，因为它对材料的堆积方式非常敏感。量子点在旋涂层薄膜中的排列是由粒子的形状决定的，因此也决定了粒子的端点。八面体则以体心立方/四方（BCC/BCT）布局堆叠，而截断的八面体以面心立方（FCC）的方式堆积成球体。从这些超点阵模型（用白点表示）计算出的布拉格峰与GISAXS结果（上图a和b）相吻合。此外，GISAXS结果可以计算晶格常数。 其他几个关于GISAXS和掠入射广角X射线散射（GIWAXS）用于研究量子点的有趣案例可以在下面引用的最近的一篇论文中找到【2】。GISAXS是一种对表面敏感的技术，可以提供纳米尺度(（1 - 200 nm）的纳米结构薄膜的结构信息，由于X射线光束覆盖区域面积大，这些信息具有统计相关性。通过改变X射线散射仪的测量配置，可以在GIWAXS测量模式下研究较短长度（0.1 - 1 nm）下的样品参数。在论文中，作者介绍了测量不同超晶格结构的例子。表明GISAXS/GIWAXS是了解量子点自组装和结构的一种有价值的技术。 参考文献：[1] The research was originally published in the following articles:Yong Xia, Wei Chen, Peng Zhang, Sisi Liu, Kang Wang, Xiaokun Yang, Haodong Tang, Linyuan Lian, Jungang He, Xinxing Liu, Guijie Liang, Manlin Tan, Liang Gao, Huan Liu, Haisheng Song, Daoli Zhang, Jianbo Gao, Kai Wang, Xinzheng Lan, Xiuwen Zhang, Peter Müller-Buschbaum, Jiang Tang, and Jianbing Zhang,Facet Control for Trap-State Suppression in Colloidal Quantum Dot Solids. Adv Funct Mat, 30 (2020)[2] Saxena, V. & Portale, G. Contribution of Ex-Situ and In-Situ X-ray Grazing Incidence Scattering Techniques to the Understanding of Quantum Dot Self-Assembly: A Review. Nanomaterials 10, 2240 (2020).

【重点摘要】美国国家可再生能源实验室（NREL）由朱凯领导的研究团队发表了这篇研究论文。1. 关联钙钛矿太阳能电池的室内测试和室外老化2. 目的是预测真实世界的可靠性以指导开发3. 光照和高温下的降解是具信息性的4. 层间界面对稳定性至关重要5. 修改界面层可提高稳定性8倍，在85°C下超过1000小时6. 达到8200小时的预计寿命在50°C7. 是报告过的高效率钙钛矿太阳能电池中相当稳定的之一8. 将实验室测试与实际寿命连接起来以评估稳定性【研究背景】钙钛矿太阳能电池是有前途的薄膜光伏技术，但真实世界的稳定性很难理解。将加速的室内测试与户外老化关联对于指导钙钛矿太阳能电池的开发和预测寿命至关重要。【研究成果】1. 光照和高温下的降解对户外可靠性的预测具预示性。2. 修改自组装分子（SAM）的顶层电子传输层（HTL）可提高稳定性8倍，在85°C下超过1000小时。3. 达到8200小时的预计寿命在50°C下。4. 是报告过的高效率钙钛矿太阳能电池中稳定性好之一。【研究方法】1. 测试了高效率的p-i-n型钙钛矿太阳能电池堆叠结构。2. 在光照、高温和湿度下进行了室内加速测试。3. 进行了为期6个月的户外老化测试。4. 分析了在不同应力因素下的降解情况。5. 确定了ITO/SAM HTL/钙钛矿的界面是关键。6. 修改了SAM HTL以改善离子阻挡。【结论】本研究显示了加速室内测试和钙钛矿太阳能电池室外老化之间的强烈相关性。**该框架将实验室和战野的寿命相关联，从室内实验中获得了对真实世界稳定性的见解。通过改变界面层以阻止离子迁移，改善了稳定性。**这使得能更好地通过将室内测试和室外寿命相连接来评估高效率钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。这个可靠性框架可以指导进一步的开发和商业化。未封装的p-i-n钙钛矿太阳能电池在不同温度下的平均操作稳定性。 b. 来自不同温度下T80值的每小时降解速率一个典型的p-i-n钙钛矿太阳能电池的J-V曲线及相应的SPO效能

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。

钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为新兴的薄膜光伏器件，通过最近10年的发展，光电转换效率从3.8%提升到了25.7%，展现出巨大的商业化应用前景。然而高效的n-i-p结构电池批次重复性和稳定性较差，成为钙钛矿电池产业化应用的关键限制。而目前研究人员对导致器件重复性和稳定性较差的原因理解还不够充分。 　　中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所马昌期团队系统地研究了n-i-p结构PSCs在空气氧化过程中的离子迁移行为。结果表明，Spiro-OMeTAD薄膜的氧化是通过非接触电化学方式进行的，其中，空气中的氧气和水分子作为氧化剂将Spiro-OMeTAD氧化，进而提高了Spiro-OMeTAD薄膜的导电性能。更为重要的是，这一氧化过程促使Spiro-OMeTAD层内的Li+向电池内部迁移并在SnO2/Perovskite界面富集。Li+离子的迁移与富集促进了Spiro-OMeTAD氧化并降低SnO2的LUMO能级，提高了器件内部的内建电场，并同时改善了钙钛矿/Spiro-OMeTAD以及钙钛矿/SnO2界面处的空穴和电子提取效率，进而提升了器件的效率(图1)。该工作为n-i-p型钙钛矿太阳能电池中Spiro-OMeTAD的氧化提供了完整的机理解释。相关成果以Synergetic Effects of Electrochemical Oxidation of Spiro-OMeTAD and Li+ Ions Migration in Improving the Performance of n-i-p Type Perovskite Solar Cells为题发表于Journal of Materials Chemistry A。 图1 n-i-p结构钙钛矿太阳能电池中Spiro-OMeTAD的电化学氧化过程中的Li+离子迁移机制 　　研究团队在后续研究n-i-p型钙钛矿太阳能电池工作稳定性过程中发现，钙钛矿电池在运行过程中会出现器件的突然失效(Catastrophic Failure)。通过光致发光(PL)成像分析确定短路位置发生在金属Ag电极的边缘。进一步通过SEM和TOF-SIMS分析证明了Ag+离子在器件边缘发生迁移扩散，而器件内部的电极以及钙钛矿薄膜却没有发生明显的变化。研究人员利用SEM表征了沉积在Spiro-OMeTAD上的Ag薄膜的形貌，结果表明由于Ag与Spiro-OMeTAD的不浸润性，边缘的Ag颗粒团簇尺寸比中心部分的尺寸更小、更疏松。基于此，研究团队推断器件突然短路失效的机制为：光照下钙钛矿薄膜分解并形成多碘化合物发生扩散并与电极边缘松散的Ag簇并发生反应而导致Ag电极被腐蚀，腐蚀产生的Ag+离子穿过Spiro-OMeTAD而向钙钛矿中迁移，最终在Ag电极和钙钛矿之间形成丝状电导，导致器件短路。基于此，研究团队在Spiro-OMeTAD上沉积一层MoO3薄膜，改善沉积Ag电极过程中Ag的生长，获得了边缘更加致密的Ag电极。此外，由于MoO3薄膜的引入使得Spiro-OMeTAD和Ag电极之间的空穴提取效率更高，避免了空穴在该界面的积累，进而有利于稳定性的提升，实现器件运行600h以上而不发生前述的突变失效(图2)，有效提升器件的稳定性能。相关成果以Revealing the Mechanism behind the Catastrophic Failure of n‐i‐p Type Perovskite Solar Cells under Operating Conditions and How to Suppress It为题发表于Advanced Functional Materials。 图2 钙钛矿电池运行过程中Ag+离子迁移引起的“突变失效”及MoO3的引入提高运行稳定性机制 　　虽然该结构电池的运行稳定性得到提升，但是该类光伏电池运行过程中初始几十个小时内往往存在效率的快速衰减过程(burn-in衰减)，严重降低了器件的稳定输出效率。针对该问题，研究团队通过器件结构设计及稳定性测试过程中器件内部离子分布、界面复合变化，证实该结构电池中的“burn-in”衰减与SnO2中Li+迁移至钙钛矿/空穴传输层界面有关。通过在SnO2/Perovskite界面引入一个薄层交联PC61BM(CL-PCBM)后可以抑制“burn-in”衰减。TOF-SIMS的结果证明了CL-PBM薄层可以将Li+离子固定在Perovskite/SnO2界面中，而且CL-PCBM的引入可以增加器件的内建电场并提高电子提取效率；最终在Cs0.05(FA0.85MA0.15)0.95Pb(I0.85Br0.15)3体系钙钛矿电池中获得了22.06%的效率，在光照下持续运行1000h后仍保留初始效率的95%，而参比电池仅保留75%；在FAPbI3体系钙钛矿电池中时，获得了24.14%的光电转换效率，同时也消除了“burn-in”衰减过程。这表明利用CL-PCBM界面修饰来消除“burn-in”衰减具有普适性。综上，通过降低器件工作过程中的Li+迁移可以大幅降低钙钛矿太阳能电池稳定性测试初期存在的“burn-in”衰减，提高器件的稳定输出功率(图3)。相关成果以Boosting Perovskite Solar Cells Efficiency and Stability: Interfacial Passivation of Crosslinked Fullerene Eliminates the "burn-in" Decay为题发表于Advanced Materials。图3 CL-PCBM界面修饰抑制Li+离子迁移提高器件效率并消除器件的“burn-in”衰减

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。

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。