上海交通大学9月传出消息，《自然》在线发表其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：使用更加经济安全的新方法，制备出比蝉翼还薄数十倍的大面积钙钛矿薄膜，向实现大规模低成本太阳能发电跨出重要一步。
大面积钙钛矿模块首获12.1%认证效率
太阳能取之不尽、用之不竭，把太阳能转化为电能的光伏技术，成为解决人类能源危机具潜力的科技之一。然而，目前太阳能电池中的光电材料普遍使用的是硅材料，硅电池的光电能量转换效率较高，但它的制作成本也高。在发电成本上，如果没有国家政策支持，便难以实现大规模应用。于是迫切需要发展新一代低成本太阳能电池。
事实上，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。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？因为这种新型太阳能电池“不好做”。新型太阳能电池的关键部位——钙钛矿材料薄膜——模块面积要足够大、薄膜质量要足够好，才能过实用关。现阶段，超过20%国际认证效率的钙钛矿太阳能电池模块面积只能达到0.04至0.2平方厘米，顶多像米粒那么大，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。
高质量薄膜决定高效率
钙钛矿薄膜在钙钛矿电池中起着关键作用，它的质量和性能直接决定着电池效率的高低。传统的钙钛矿薄膜制备方法可以大致分为“真空蒸镀法”和“溶液法”两类。
能不能既不使用“真空蒸镀”又不使用“有机溶剂”呢？要制作高质量的薄膜，还是得把钙钛矿材料做成液体，方便成形。在由碘、铅、甲铵三种主要的成分组成的钙钛矿材料里，甲铵是以离子的形式存在的，当甲铵离子遇到甲铵分子，会产生神奇的“化学反应”，于是韩礼元教授团队采用了一种方法——用“甲铵”制服“甲铵”：引进甲铵气体，让气体中的甲铵分子和钙钛矿材料中的甲铵离子进行反应，将生成物混合后就可以得到钙钛矿材料的液体。这种液体可以快速释放出甲铵气体变成钙钛矿固体，而释放出的甲铵气体可以再次被用于与碘化甲铵固体粉末和碘化铅固体粉末进行反应，实现材料的循环利用。
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”。而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。
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行业分析师表示，未来如果能够将韩礼元教授团队的小面积高效率器件的制备技术应用到模块当中，则有希望达到和当前硅太阳能电池相当的模块效率。此外，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，有利于促进太阳能电池行业的发展。
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