演講人：韓國成均館大學Nam-Gyu Park教授

　　主持人：中國可再生能源學會光伏專業(yè)委員會主任趙穎教授

　　地點：北京亮馬河大廈

　　時間：2014年11月19日

　　我的報告主題是高效能鈣鈦礦電池。首先感謝戴松原教授的邀請！

　　這是太陽能電池工作的一般原理，大家可以看一下。這張圖簡單介紹了一下鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)以及它的化學通式，可以用容忍因子來描述鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)，1978年就對這個材料進行了比較詳細的研究。鈣鈦礦中分子的轉(zhuǎn)動和移動會影響它的相轉(zhuǎn)變以及它的電學性質(zhì)，這張是鈣鈦礦材料中分子取向以及結(jié)構(gòu)隨溫度的變化示意圖。

　　日本的Miyasaka老師最早制備了液態(tài)鈣鈦礦太陽能電池，并獲得3.8%的效率，隨后我們在這樣的體系中把效率提高到6.5%。我們文章雖然大量被閱讀，卻依然沒有引用，主要原因就是這樣一種材料在液態(tài)電解質(zhì)中不穩(wěn)定，因此必須用固態(tài)的空穴傳輸材料替代液態(tài)的電解質(zhì)。于是就出現(xiàn)第一個固態(tài)鈣鈦礦太陽能電池，這樣的電池仍然具有敏化的概念。

　　由于鈣鈦礦材料高的吸光性能，可以在較薄的體系里獲得高的效率，這是在0.6微米下獲得的9.7%的效率，是當時固態(tài)敏化電池的最高效率，同時空穴傳輸材料可以保護鈣鈦礦，使得電池具有較好的穩(wěn)定性。這篇文章到目前為止已經(jīng)引用近500次( 谷歌學術(shù))。

　　鈣鈦礦材料中又發(fā)現(xiàn)具有很多新穎的電學性質(zhì)，到目前為止鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)發(fā)展出來多種的結(jié)構(gòu)。下面介紹一種通過控制鈣鈦礦材料的晶粒尺寸來提高效率的實驗方案。

　　這是通過控制原料濃度實現(xiàn)晶體尺寸控制的實驗方案，可以發(fā)現(xiàn)更低的濃度可以獲得更高的晶粒尺寸。這張FIB切片的電鏡照片可以看到很大的鈣鈦礦晶粒，而更大的晶�？梢垣@得更高的光電流和更高的效率，最終獲得了17%的效率。同時發(fā)現(xiàn)不同的晶粒尺寸的電池會影響電池正反掃的差異。這是對不同晶粒尺寸的鈣鈦礦薄膜的鐵電效應的研究成果，可能會影響電池正反掃的差異。同時發(fā)現(xiàn)多孔二氧化鈦膜的厚度以及形貌也會影響正反掃的差異。使用甲脒鉛碘材料也是獲得高效太陽能電池的一種方案。這是甲脒鉛碘的能帶結(jié)構(gòu)以及它的合成路線。這里，多孔二氧化鈦厚度也會顯著影響太陽能電池的工作效率。同時發(fā)現(xiàn)，甲脒鉛碘電池具有更好的光工作溫度性。但是它在長波段的量子響應卻低于甲胺鉛碘電池，因此我們通過離子交換的方式在甲脒鉛碘薄膜上又沉積了一層非常薄的甲胺鉛碘薄膜，最終獲得16%的轉(zhuǎn)換效率。

　　為了提高電池的穩(wěn)定性，我們利用金字塔結(jié)構(gòu)設計了疏水的鈣鈦礦太陽能電池，這是疏水太陽能鈣鈦電池的實現(xiàn)過程。這樣一種金字塔型的減反設計可以獲得更高的光電流和更好的自清潔能力。還利用分光技術(shù)獲得這樣一個組合的鈣鈦礦太陽能電池。同時在高的濕度下也可以獲得高效率的太陽能電池效率。而且在常溫下進行薄膜沉積，也可以獲得10%的效率，這可以在低溫下實現(xiàn)卷對卷的大面積生產(chǎn)。利用鈣鈦礦電池高電壓的特性，可以實現(xiàn)高效率的光催化電解水。