上海学者突破低成本太阳能发电关键技术，成果登《自然》

仅在全球太阳能丰沛的戈壁沙漠地区进行铺设，低成本的钙钛矿太阳能电池所发出的电能就可满足全球能源需要——这一设想或在未来成为现实。

近日，国际著名学术期刊《Nature》在线发表了上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室韩礼元教授团队的研究成果，该团队使用更加经济安全的新方法，制备出相当于蝉翼厚度数十分之一的大面积钙钛矿薄膜，向实现大规模低成本太阳能发电的目标迈出了重要一步。

这篇论文题为“A solvent-and-vacuum-free route to large-area perovskite films for efficient solar modules” （无溶剂免真空条件下的大面积钙钛矿薄膜和高效太阳能电池模块制备），上海交大材料科学与工程学院研究员杨旭东和教授韩礼元为共同通讯作者，陈汉、叶飞、唐文涛为共同第一作者。

在9月11日于上海交大召开的新闻发布会上，研究团队称，这种钙钛矿太阳能电池如果成功产业化，就无需依赖政府政策资助，便可成为市场主流的发电方式。

太阳能电池利用“光电效应”发电，目前普遍使用硅材料，硅电池的光电能量转换效率较高，但制作成本高，制作过程需要消耗大量化石能源、产生污染环境的化学物质。

据研究团队介绍，现有太阳能光伏电池制备成本较高、工艺复杂，如果没有国家的政策支持，便难以实现大规模应用，因此迫切需要发展新一代低成本太阳能电池。而该团队研发的太阳能光伏电池，基于的是一种名为钙钛矿的材料。

“钙钛矿材料2009年首次应用于光伏技术，短短几年时间，实验室钙钛矿太阳能电池的光电转化效率屡屡取得突破，它的光电能量转换效率已经快速增长到22.1%，超过了多晶硅太阳能电池的效率水平，而发电成本却低于硅电池。” 韩礼元介绍。因此，钙钛矿太阳能电池被评价为光伏研究领域极具竞争力、最有希望实现低成本发电的光伏技术。

既然钙钛矿电池很便宜，发电又“给力”，那为什么目前市面上还是硅电池更常见？答案是“不好做”。

“电池如果要达到实用化需求，那它的关键部位——钙钛矿材料薄膜——面积要足够大，薄膜质量要足够好，这样才能保证电池的光电能量转换效率足够高。” 韩礼元介绍，多晶硅的太阳能电池转换效率约为21%，相比之下，现阶段超过20%认证效率的钙钛矿太阳能电池面积只能达到0.04 -0.2 平方厘米，顶多米粒般大小，依靠现有制备薄膜的技术，钙钛矿薄膜的面积越大，越容易出现瑕疵，电池的效率就越低。

为此，研究团队创新了制备工艺和方法，得到了相当于蝉翼厚度数十分之一的“高质量薄膜”，且在制备更大面积的薄膜时，采用一次成形的压力辅助制备方法，通过控制压力把液体材料涂布在平板基底上，得到了均匀分布的液体薄膜。

“我们团队用了3年时间解决这个问题，在大面积高质量钙钛矿薄膜制备的基础上，开发了有效面积36.1平方厘米的钙钛矿电池模块，在国际认证机构首次获得了12.1%的认证效率，建立了第一个大面积钙钛矿模块的效率世界纪录。”韩礼元表示，这一成果的出现意味着未来钙钛矿光伏技术有了走出实验室、实现大规模产业化的可能。

研究团队表示，未来将把该团队小面积高效率器件的制备技术应用到模块当中，有希望达到和当前硅太阳能电池相当的模块效率。此外，将进一步对钙钛矿电池的稳定性做深入探究，加速该型电池商业化进程。