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华中科技大学韩宏伟团队综述钙钛矿太阳能电池商业化之路再登《科学》

新闻网讯(通讯员 冀娴贤)2014年,武汉光电国家研究中心一篇发表在《科学》(Science)的论文入选年度中国百篇最具影响国际学术论文,9月21日,该中心再传喜讯,《科学》刊发了韩宏伟团队合作论文“钙钛矿太阳能电池产业化的挑战”(“Challenges for commercializing perovskite solar cells”)。华中科技大学荣耀光副教授、胡玥副教授和梅安意博士为共同第一作者,华中科技大学韩宏伟教授、加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授、美国科罗拉多大学Michael D. McGehee教授和韩国蔚山国立科技研究所Sang Il Seok教授为共同通讯作者。


  充分利用太阳能是解决目前人类面临的能源短缺和环境污染等问题的根本途径。作为新兴太阳能电池技术的杰出代表,基于地球储量丰富的元素和简单的溶液法制备,有望实现廉价太阳能发电,钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells)自问世以来便备受各国科研工作者和业界的共同关注,然而稳定性和规模化制造一直是其高效率商业化面前的拦路虎。


  在本次刊发的“钙钛矿太阳能电池产业化的挑战”一文中,韩宏伟团队详细阐述了过去几年里,钙钛矿太阳能电池发展出的多种器件结构和材料体系(图A),其光电转换效率迅速提升,稳定性也获得很大改善。目前不仅有大量的科研机构开展钙钛矿太阳能电池的相关研究,国内外还涌现出多家科技公司对钙钛矿太阳能电池进行商业化探索及推广。针对钙钛矿太阳能电池商业化的关键问题及所面临的挑战,韩宏伟团队对目前钙钛矿太阳能电池所获得的最新进展进行了总结,并从钙钛矿太阳能电池寿命评价标准、性能衰减机理、器件尺寸放大、环境影响等方面对其未来的发展及商业化进行了展望。







  在光电转换效率方面,目前获得第三方公证的钙钛矿太阳能电池的最高实验室光电转换效率已经达到23.3%,该数值已经超过市场上占主导地位的多晶硅太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池和铜铟镓硒薄膜太阳能电池,充分展现了其良好的商业化前景和极大的潜在市场价值。在器件稳定性方面,目前已有大量钙钛矿太阳能电池在不同实验条件下(如高温、持续光照、高湿度等)的稳定性数据被报道,已测试10000小时标准模拟太阳光(不含紫外光)持续照射后,器件未出现明显衰减,该稳定性测试的太阳光辐照量相当于武汉或欧洲大部分地区10年的太阳光辐照量总和。除此之外,针对实际应用所需满足的不同条件下的稳定性测试也在进行中。


  在未来钙钛矿太阳能电池研究工作中,进一步探明器件性能衰减机理并提出有效的器件寿命评价标准将成研究重点。与此同时,开发制备高性能大尺寸钙钛矿太阳能电池的技术和工艺也将备受关注。目前,国内外已有大量科研机构及科技公司开展钙钛矿太阳能电池尺寸扩大的技术探索。在此方面,我校团队所专注的可印刷钙钛矿太阳能电池,基于丝网印刷技术制备,采用廉价的碳材料替代传统的贵金属作为电极材料,因此具有易于扩大化生产及有望实现廉价太阳能发电的技术特点。湖北万度光能有限责任公司(鄂州)所建设的110平米可印刷钙钛矿太阳能电池示范系统充分展示出该项技术良好的应用前景(图B)。


  该工作获得了国家自然科学基金重大研究计划集成项目、重点项目、面上项目、科技部863计划及湖北省科技厅等项目的支持。


  全文可访问:http://science.sciencemag.org/content/361/6408/eaat8235


  韩宏伟为我校二级教授,博士生导师,长江学者特聘教授,国家“万人计划”科技创新领军人才。他于2000年和2005年分别获武汉大学学士和博士学位,2006年在澳大利亚蒙纳什大学从事博士后研究,2008年加盟华中科技大学武汉光电国家研究中心。近年来面向廉价清洁能源重大需求,他专注于印刷介观太阳能电池研究,近五年来在Science、 Nature Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.等杂志上发表SCI源刊论文70余篇,单篇最高被引1600余次;申请22项国家发明专利及3项PCT国际专利;主持863项目、国家自然科学基金重大研究计划集成项目、重点项目、面上项目等多项科研项目。


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