相信最近關(guān)注產(chǎn)業(yè)動態(tài)的朋友們，對“鈣鈦礦”這個名詞一定不陌生。2022年，國內(nèi)圍繞鈣鈦礦領(lǐng)域的政策文件、產(chǎn)業(yè)落地、投融資活動更為活躍，今年8月18日，科技部等九部門印發(fā)《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實施方案（2022―2030年）》，提出研發(fā)高效硅基光伏電池、高效穩(wěn)定鈣鈦礦電池等技術(shù)，再次將鈣鈦礦這一新技術(shù)推至聚光燈下。在產(chǎn)業(yè)方面，寧德時代等非光伏企業(yè)紛紛布局鈣鈦礦電池項目，業(yè)內(nèi)耕耘多年的領(lǐng)軍企業(yè)如協(xié)鑫光電已成為鈣鈦礦太陽能電池組件發(fā)展速度最快的企業(yè)之一，纖納光電于2022年2月，布局了全球首座鈣鈦礦光伏地面電站……這些都代表著鈣鈦礦正逐漸成為新能源產(chǎn)業(yè)的下一個關(guān)注熱點。

鈣鈦礦疊層太陽電池器件結(jié)構(gòu)示意圖

那么鈣鈦礦為何這么受歡迎呢？主要是因為其光電性能優(yōu)異，能夠極大程度地提高太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，同時具有工藝優(yōu)勢。

第一代單晶硅太陽能電池的制備要求純度高達(dá)99.99%，生產(chǎn)過程復(fù)雜且能耗高、污染大；第二代薄膜太陽能電池的生產(chǎn)能耗成本雖然有所下降，但仍需要依賴銅、銦等貴金屬，而且還伴隨有劇毒的副產(chǎn)物產(chǎn)生；鈣鈦礦太陽能電池大多采用溶劑工藝，其原料多為液態(tài)，能在常溫下制備，是目前唯一采用溶液法就可以得到的高質(zhì)量半導(dǎo)體。

而在轉(zhuǎn)換效率方面，晶硅技術(shù)的理論效率是29.3%，單結(jié)鈣鈦礦的理論效率是33%，多結(jié)鈣鈦礦可以達(dá)到47%。因此，這也反映了鈣鈦礦是一個合適且具有很大發(fā)展空間的光伏材料。在未來，鈣鈦礦太陽能電池可通過印刷技術(shù)制備大面積的柔性太陽能電池以及用于可穿戴智能設(shè)備。

鈣鈦礦太陽能電池器件

不過鈣鈦礦太陽能電池（perovskitesolar cells，簡稱 PSCs）的實用化當(dāng)前仍面臨著許多挑戰(zhàn)。其中一點是目前報道的高效率器件，幾乎都使用貴金屬材料金或銀作為背電極，無疑大幅增加了器件成本，對PSCs實用化十分不利。另外，貴金屬電極與鈣鈦礦中的鹵素離子容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這也是PSCs目前不夠穩(wěn)定的重要因素之一。

因此當(dāng)前的一大研究方向是使用碳材料取代貴金屬電極，碳材料具有疏水性，能在一定程度上保護鈣鈦礦免受環(huán)境水汽的侵蝕。更重要的是，碳材料由共價鍵組成，不會與鹵素離子發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)。因此，碳基可印刷鈣鈦礦光伏（MPSCs）技術(shù)具有穩(wěn)定性優(yōu)異、低成本和高度可擴展性等顯著優(yōu)勢，使其成為最有希望產(chǎn)業(yè)化的鈣鈦礦光伏技術(shù)之一。但由于碳材料的導(dǎo)電性不如金屬材料，于是不得不通過增加碳層厚度這一方法確保載流子的橫向傳輸，但這會導(dǎo)致電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)能量損失過大，使制備出的光伏器件效率降低，因此碳基鈣鈦礦電池的性能提升關(guān)鍵在于如何優(yōu)化其電學(xué)特性，進一步提升器件性能。

碳基鈣鈦礦電池截面結(jié)構(gòu)圖

在即將到來的2022年12月7-9日與珠海舉辦的“2022年全國新能源粉體材料暨增效輔材創(chuàng)新發(fā)展論壇（第二屆）”，粉體圈邀請了來自桂林電子科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的張堅院長，現(xiàn)場分享報告“碳基可印刷鈣鈦礦光伏技術(shù)”，報告將重點介紹碳基可印刷鈣鈦礦光伏（MPSCs）的技術(shù)研發(fā)進展及其在低成本、高穩(wěn)定光伏器件等領(lǐng)域的應(yīng)用，并對相關(guān)技術(shù)發(fā)展進行了展望。主要報告內(nèi)容：1）鈣鈦礦光伏技術(shù)；2）MPSCs技術(shù)與研究進展；3）鈣鈦礦光伏技術(shù)展望。

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報告人簡介

張堅，桂林電子科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長、教授、博士生導(dǎo)師，廣西八桂學(xué)者，廣西杰出青年基金獲得者。中科院長春應(yīng)用化學(xué)研究所獲博士學(xué)位（1999-2004），在法國艾克斯-馬賽大學(xué)（2004-2005）、德國柏林洪堡大學(xué)（2005-2009）開展博士后研究，2009年受聘于中科院大連化學(xué)物理研究所“百人計劃”研究員（2009-2014）。主要從事鈣鈦礦光伏材料與器件、綠色高分子材料等領(lǐng)域的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。主持國家自然科學(xué)基金（4項）、廣西創(chuàng)新研究團隊、廣西杰出青年科學(xué)基金、桂林市揭榜掛帥項目等科研項目。在Adv. Mater., Adv. Energy Mater.等國際高影響力SCI期刊發(fā)表論文180余篇；獲授權(quán)美國發(fā)明專利2件、中國發(fā)明專利10余件。曾任德國“洪堡學(xué)者”、遼寧省“百千萬人才工程”與首批“十百千高端人才引進工程”人選，科技部重點專項評審專家，教育部長江學(xué)者獎勵計劃評審專家等。現(xiàn)任中國可再生能源學(xué)會光化學(xué)專業(yè)委員會委員、全國材料新技術(shù)發(fā)展研究會常務(wù)理事、廣西化學(xué)化工類專業(yè)委員會常委、廣西本科高校材料類教指委委員、廣西自然科學(xué)基金委會評專家等。

珠海新能源論壇會務(wù)組

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