文章題目：Recent progress of scalable perovskite solar cells and modules

關(guān)鍵詞：Perovskites,?Photovoltaics, Large-scale device, Modules?

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772970222000104

????香港理工大學(xué)李剛教授和深圳霍夫曼先進(jìn)材料研究院胡漢林教授團(tuán)隊在Energy Reviews發(fā)表文章“Recent progress of scalable perovskite solar cells and modules”，該文章從傳統(tǒng)的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)入手，針對大規(guī)模制備的技術(shù)工程進(jìn)行了全面的分析；此外文章還強(qiáng)調(diào)了當(dāng)前鈣鈦礦太陽能模組封裝技術(shù)對器件壽命和環(huán)境友好性的影響，并對下一代光伏產(chǎn)業(yè)的需求提出了未來鈣鈦礦太陽能模組商業(yè)化的前景和面臨的挑戰(zhàn)。

01?內(nèi)容簡介

1.?Introduction?(前言)

2.?Perovskite solar cells photo-active materials and device structures（鈣鈦礦型太陽能電池光敏材料及器件結(jié)構(gòu)）

????2.1.?Perovskite materials systems?（鈣鈦礦材料體系）

????????2.1.1.?Hybrid perovskite?（雜化型鈣鈦礦）

????????2.1.2.?All inorganic perovskite?（全無機(jī)鈣鈦礦）

????2.2.?Device structures?（器件結(jié)構(gòu)）

????????2.2.1.?Perovskite solar cells?（鈣鈦礦太陽能電池）

????????2.2.2.?Perovskite solar modules?（鈣鈦礦太陽能模組）

3.?Technologies engineering in large-scale preparation （大規(guī)模制備的技術(shù)工程）?

???? 3.1.?Classification of large-area preparation processes?（大面積制備的工藝分類）

????3.2.?Spin coating (旋涂)??

????3.3.?Blade coating （刮涂）

????3.4.?Slot-Die coating （?狹縫涂）

????3.5.?Spray coating （噴涂）

????3.6.?Inkjet printing （噴墨打?。?/p>

4.?Materials engineering in large-scale preparation?（大規(guī)模制備的材料工程）

5.?Packaging technologies?（封裝技術(shù)）

6.?Cost for fabricating the?PSMs?（鈣鈦礦太陽能模組制備成本）

7.?Summary and outlook?（總結(jié)和展望）

02?內(nèi)容亮點
1、鈣鈦礦太陽能電池在實驗室規(guī)模方面取得了巨大進(jìn)展，但要使可印刷技術(shù)成功地轉(zhuǎn)移到工業(yè)規(guī)模并走向商業(yè)化，還需要做出極大的努力；

2、從傳統(tǒng)的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)入手，分析了專門設(shè)計的鈣鈦礦型太陽能模組的結(jié)構(gòu)，并對溶液處理和氣相沉積兩種大規(guī)模制備方法進(jìn)行了全面分析；

3、考慮到材料工程對鈣鈦礦型太陽能模組放大的促進(jìn)作用，系統(tǒng)地討論了添加劑工程、溶劑工程和界面工程在鈣鈦礦型太陽能模組穩(wěn)定性和效率方面的應(yīng)用；

4、強(qiáng)調(diào)了當(dāng)前鈣鈦礦型太陽能模組封裝技術(shù)對器件壽命和環(huán)境友好性的影響，并針對下一代光伏產(chǎn)業(yè)的需求，提出了鈣鈦礦型太陽能模組商業(yè)化的前景和面臨的挑戰(zhàn)。

03內(nèi)容導(dǎo)讀

????旋涂作為半導(dǎo)體工業(yè)光刻工藝中的核心工藝，也是實驗室制備鈣鈦礦型器件最常用的方法，被廣泛用于制備高效率的鈣鈦礦太陽能電池。以鈣鈦礦層為例，所制備的鈣鈦礦膜的厚度主要由前驅(qū)體溶液的組成、濃度和粘度以及旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速決定。同時，還可以通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體溶液的組成和粘度來控制鈣鈦礦的結(jié)晶過程，這是形成高質(zhì)量和一定尺寸的大面積鈣鈦礦薄膜的關(guān)鍵。雖然旋涂法已成功地用于制備大面積鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的器件，但在旋涂過程中由于薄膜厚度的不均勻尤其是中間和邊緣部分，會影響器件的效率：較厚的區(qū)域會發(fā)生更明顯的復(fù)合，而較薄的區(qū)域會出現(xiàn)較差的光吸收能力和令人失望的針孔形貌。當(dāng)需要較大的有效面積時，旋涂法制備的薄膜存在明顯的上述現(xiàn)象，阻礙了旋涂工藝在大面積制備中的進(jìn)一步發(fā)展。

????為了獲得高效、穩(wěn)定的大規(guī)模鈣鈦礦太陽能電池模組，制備高質(zhì)量的薄膜被認(rèn)為是不可忽視的因素。然而，由于結(jié)晶過程的不可控性，所制備的鈣鈦礦型薄膜通常存在缺陷，特別是大面積薄膜。研究表明，鹽、離子液體、氨基酸分子和富勒烯等添加劑對大面積鈣鈦礦膜的晶化過程和形貌有一定的調(diào)節(jié)作用。

04?重要結(jié)論

????利用材料工程和沉積技術(shù)的幫助，在鈣鈦礦太陽能電池的規(guī)?；矫嫒〉昧孙@著的進(jìn)展：顯著提高了光電轉(zhuǎn)換效率、改善了器件的耐用性。到目前為止，現(xiàn)有的100平方厘米鈣鈦礦太陽能模組在1000h后，在室溫和20%濕度下仍保持原來95%的效率，面積為800平方厘米鈣鈦礦太陽能模組的認(rèn)證效率為17.9%，表明鈣鈦礦太陽能模組具有良好的商業(yè)化前景。盡管在實現(xiàn)商業(yè)化方面取得了突破性進(jìn)展，但仍然需要強(qiáng)調(diào)以下挑戰(zhàn)和進(jìn)一步研究。

????（1）開發(fā)綠色環(huán)保的鈣鈦礦太陽能模組：探索和推廣無毒或低毒的溶劑(離子液體和乙醇)，以取代傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑(DMF和DMSO)用于加工鈣鈦礦太陽能模組。此外，對無鉛粉末冶金的效率和穩(wěn)定性的優(yōu)化也是可望的；

????（2）材料選擇和設(shè)計：深入了解添加劑、界面層和溶劑材料的化學(xué)和物理性質(zhì)，以及影響鈣鈦礦結(jié)晶、成膜和鈍化的具體機(jī)制。從這些材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)出發(fā)，高效地選擇和設(shè)計合適的材料來制造大規(guī)模高效的鈣鈦礦太陽能模組。

????（3）鈣鈦礦太陽能組件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化：優(yōu)化結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝，從小面積模塊開始，將優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)擴(kuò)展到帶有幾何填充系數(shù)的大面積模塊，以用于商業(yè)應(yīng)用。

????（4）技術(shù)工程的完善：完善現(xiàn)有的制備工藝和優(yōu)化工藝參數(shù)是推動商業(yè)化進(jìn)程的關(guān)鍵。在提高材料利用率的基礎(chǔ)上，保證了高質(zhì)量的薄膜，提高了制備效率，從而實現(xiàn)了低成本、成熟的大面積制備。

作者簡介：

????胡漢林，霍夫曼先進(jìn)材料研究院副教授，深圳市海外高層次“孔雀計劃”B類人才，美國勞倫斯-伯克利光源和臺灣光源的授權(quán)用戶。主要研究方向為打印薄膜太陽能電池和晶體管，以及基于同步輻射對材料晶相轉(zhuǎn)變的實時追蹤；發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，包括Advanced Materials, Advanced Science, Light Science & Application, Materials Science & Engieering R.等國際期刊。

?????李剛，香港理工大學(xué)，鐘士元爵士可再生能源教授，美國光學(xué)學(xué)會會士、英國皇家化學(xué)學(xué)會(RSC) 會士和國際光電工程學(xué)會(SPIE) 會士。研究興趣是有機(jī)半導(dǎo)體和混合鈣鈦礦半導(dǎo)體中的材料、器件工程和器件物理，重點是能源應(yīng)用。自2014年以來，他一直是Thomson Reuters/ Clarivate Analytics的全球高被引研究員，涉及材料科學(xué)、物理和化學(xué)領(lǐng)域，發(fā)表了約200篇論文，被引用7萬2千余次。

引用信息：

Fei Wang, Yu Han, Dawei Duan, Chuangye Ge, Hanlin Hu, Gang Li, “Recent progress of scalable perovskite solar cells and modules”,?Energy Reviews, ?2022, 1，100010.

Energy Reviews 簡介：

????《Energy Reviews》是由深圳大學(xué)主辦，聯(lián)合 Elsevier出版集團(tuán)創(chuàng)辦的一本國際性、跨學(xué)科、高質(zhì)量開放獲取?(Open Access)?學(xué)術(shù)期刊，由謝和平院士擔(dān)任創(chuàng)刊主編，美國工程院Derek Elsworth院士、中國科學(xué)院何雅玲院士、李永舫院士、香港理工大學(xué)倪萌教授擔(dān)任聯(lián)合主編。發(fā)表能源領(lǐng)域前沿方向、最新進(jìn)展、發(fā)展趨勢、權(quán)威觀點等高質(zhì)量學(xué)術(shù)文章，構(gòu)建全球能源一流成果和一流學(xué)者的合作交流平臺，向公眾傳播有影響力的能源領(lǐng)域研究成果。接收包括但不限于能源研究的新理論、新方法和新技術(shù);?能源研究的多學(xué)科（材料、物理、化學(xué)、生物等）交叉融合探索技術(shù);?化石能源低碳利用與CCUS;?氫能、可再生能源與儲能先進(jìn)技術(shù);?新型能源轉(zhuǎn)換方式探索與應(yīng)用;??能源領(lǐng)域現(xiàn)代信息技術(shù)（人工智能，大數(shù)據(jù)）等相關(guān)方向的優(yōu)質(zhì)稿件。

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