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张坚教授:碳基可印刷钙钛矿光伏技术(报告)
2022年11月21日 发布 分类:行业要闻 点击量:43
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相信最近关注产业动态的朋友们,对“钙钛矿”这个名词一定不陌生。2022年,国内围绕钙钛矿领域的政策文件、产业落地、投融资活动更为活跃,今年8月18日,科技部等九部门印发《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022―2030年)》,提出研发高效硅基光伏电池、高效稳定钙钛矿电池等技术,再次将钙钛矿这一新技术推至聚光灯下。在产业方面,宁德时代等非光伏企业纷纷布局钙钛矿电池项目,业内耕耘多年的领军企业如协鑫光电已成为钙钛矿太阳能电池组件发展速度最快的企业之一,纤纳光电于2022年2月,布局了全球首座钙钛矿光伏地面电站……这些都代表着钙钛矿正逐渐成为新能源产业的下一个关注热点。


钙钛矿叠层太阳电池器件结构示意图

那么钙钛矿为何这么受欢迎呢?主要是因为其光电性能优异,能够极大程度地提高太阳能电池的能量转换效率,同时具有工艺优势。

第一代单晶硅太阳能电池的制备要求纯度高达99.99%,生产过程复杂且能耗高、污染大;第二代薄膜太阳能电池的生产能耗成本虽然有所下降,但仍需要依赖铜、铟等贵金属,而且还伴随有剧毒的副产物产生;钙钛矿太阳能电池大多采用溶剂工艺,其原料多为液态,能在常温下制备,是目前唯一采用溶液法就可以得到的高质量半导体。

而在转换效率方面,晶硅技术的理论效率是29.3%,单结钙钛矿的理论效率是33%,多结钙钛矿可以达到47%。因此,这也反映了钙钛矿是一个合适且具有很大发展空间的光伏材料。在未来,钙钛矿太阳能电池可通过印刷技术制备大面积的柔性太阳能电池以及用于可穿戴智能设备。

钙钛矿太阳能电池器件

钙钛矿太阳能电池器件

不过钙钛矿太阳能电池(perovskitesolar cells,简称 PSCs)的实用化当前仍面临着许多挑战。其中一点是目前报道的高效率器件,几乎都使用贵金属材料金或银作为背电极,无疑大幅增加了器件成本,对PSCs实用化十分不利。另外,贵金属电极与钙钛矿中的卤素离子容易发生化学反应,这也是PSCs目前不够稳定的重要因素之一。

因此当前的一大研究方向是使用碳材料取代贵金属电极,碳材料具有疏水性,能在一定程度上保护钙钛矿免受环境水汽的侵蚀。更重要的是,碳材料由共价键组成,不会与卤素离子发生任何化学反应。因此,碳基可印刷钙钛矿光伏(MPSCs)技术具有稳定性优异、低成本和高度可扩展性等显著优势,使其成为最有希望产业化的钙钛矿光伏技术之一。但由于碳材料的导电性不如金属材料,于是不得不通过增加碳层厚度这一方法确保载流子的横向传输,但这会导致电荷转移动力学能量损失过大,使制备出的光伏器件效率降低,因此碳基钙钛矿电池的性能提升关键在于如何优化其电学特性,进一步提升器件性能。

碳基钙钛矿电池截面结构图

碳基钙钛矿电池截面结构图

在即将到来的2022年12月7-9日与珠海举办的2022年全国新能源粉体材料暨增效辅材创新发展论坛(第二届),粉体圈邀请了来自桂林电子科技大学材料科学与工程学院的张坚院长,现场分享报告“碳基可印刷钙钛矿光伏技术”,报告将重点介绍碳基可印刷钙钛矿光伏(MPSCs)的技术研发进展及其在低成本、高稳定光伏器件等领域的应用,并对相关技术发展进行了展望。主要报告内容:1)钙钛矿光伏技术;2)MPSCs技术与研究进展;3)钙钛矿光伏技术展望。

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报告人简介


张坚,桂林电子科技大学材料科学与工程学院院长、教授、博士生导师,广西八桂学者,广西杰出青年基金获得者。中科院长春应用化学研究所获博士学位(1999-2004),在法国艾克斯-马赛大学(2004-2005)、德国柏林洪堡大学(2005-2009)开展博士后研究,2009年受聘于中科院大连化学物理研究所“百人计划”研究员(2009-2014)。主要从事钙钛矿光伏材料与器件、绿色高分子材料等领域的基础与应用研究。主持国家自然科学基金(4项)、广西创新研究团队、广西杰出青年科学基金、桂林市揭榜挂帅项目等科研项目。在Adv. Mater., Adv. Energy Mater.等国际高影响力SCI期刊发表论文180余篇;获授权美国发明专利2件、中国发明专利10余件。曾任德国“洪堡学者”、辽宁省“百千万人才工程”与首批“十百千高端人才引进工程”人选,科技部重点专项评审专家,教育部长江学者奖励计划评审专家等。现任中国可再生能源学会光化学专业委员会委员、全国材料新技术发展研究会常务理事、广西化学化工类专业委员会常委、广西本科高校材料类教指委委员、广西自然科学基金委会评专家等。


珠海新能源论坛会务组

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