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近日，必赢bwin线路检测中心朱嘉教授、朱鹏臣助理教授与必赢bwin线路检测中心陈尚尚教授、北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松教授合作，在期刊Advanced Materials上发表题为“Towards the Commercialization of Perovskite Solar Modules”的综述文章，讨论了钙钛矿太阳能模组商业化的发展进程和所面临的瓶颈，并据此提出相应的解决思路。

研究背景

作为一种新兴的太阳能光电转换技术，钙钛矿光伏具有高效率、低成本、易制造的特点，具有极大的应用前景。但是，由于在稳定性、毒性、大面积制备等方面所面临的挑战，钙钛矿光伏在商业化过程中仍存在一些制约。本文分析了钙钛矿太阳能模组商业化的现状和所面临的问题，并提出相关解决方案及展望。通过对钙钛矿的产业评估标准、材料工程、技术优化、成本测算、全生命周期分析等方面的讨论，本文为钙钛矿商业化提供了新的理解，并有望在加速钙钛矿太阳能模组商业化进程方面提供帮助与指导。

图一 钙钛矿光伏器件的现状

文章要点

作者首先对具有代表性的钙钛矿电池和组件的性能进行了总结，包括不同制备方法下的器件效率及不同结构和测试条件下的器件稳定性，并提出了钙钛矿组件可能的应用场景（图一）。随后，作者围绕钙钛矿模组商业化进程中面临的关键问题——大面积制备、稳定性、毒性等方面的问题展开讨论。随着尺寸增大，钙钛矿电池能量转换效率下滑幅度明显，主要因为大面积成膜过程不易控制，形成的膜层质量低。钙钛矿薄膜的大面积沉积方法主要包括狭缝涂布、喷涂、喷墨印刷、丝网印刷等溶液法，和物理气相沉积、化学气相沉积等真空蒸镀法。狭缝涂布是一种广泛采用的低成本溶液沉积技术，是目前钙钛矿大面积制备的主流，但其仍需解决成膜不均匀的问题。相比，真空蒸镀法具有一定优势，可有效避免大面积制膜的不均匀性，具有较高可重复性，且几乎不涉及有机溶剂，较为环保。但该类方法较低的产率和较高的技术费用，都增加了商业化的困难。此外，溶液法和真空蒸镀的复合制备工艺目前也在探索中，它有望将两种工艺优点结合，因而也具备较大的商业化潜力。

图二 提升钙钛矿光伏组件稳定性策略总结

其次，作者讨论了钙钛矿器件的寿命问题。钙钛矿的不稳定性主要源于其软晶格结构、不理想的相变和缺陷引发的离子迁移，而湿度、热、光照、电场和晶格应变等外部因素则触发或进一步加剧了其不稳定性。例如，湿度和热量会导致钙钛矿膜层的分解，光照会导致卤化物偏析和阳离子分离，金属电极与钙钛矿之间的反应会导致卤化物缺失和电极腐蚀。对于不稳定性问题，可采用封装技术、冷却系统等策略来缓解外部因素的影响。此外，作者还提出可通过组分工程、缺陷修饰、结晶度控制、界面修饰等方法降低缺陷密度和提升迁移势垒，抑制相变和离子迁移，提高器件的本征稳定性（图二）。

图三 钙钛矿光伏组件的毒性问题

紧接着，作者分析了钙钛矿器件及生产过程中的毒性问题（图三）。不同于金属铅，钙钛矿中离子形式存在的铅具有更大的毒性，并可能会泄漏到周围环境中，造成空气、土壤和地下水的污染。通过无铅元素的替代和电池的有效封装可以解决或缓解钙钛矿在火灾和降水过程中的泄漏问题。除电池中的铅之外，钙钛矿器件制造中使用的有毒溶剂也需引起广泛关注。制造中使用的有机溶剂，如二甲基甲酰胺（DMF），不仅直接对人类健康有害，而且对环境有污染，可对生物产生不可逆转的影响。采用绿色溶剂并减小用量是下一步研究的重点。对钙钛矿生产中所涉及的有毒有害或其他有回收价值的物质进行再利用，不仅能带来经济价值，更能降低对环境和生物造成的伤害。例如，对钙钛矿中的碘化铅和透明导电衬底进行回收，不仅节约了生产材料和成本，更是减少了稀有元素的使用（如铟）及满足环保要求。

最后，作者对钙钛矿未来发展方向提出展望。为进一步降低度电成本（LCOE），提升能量转换效率则尤为重要。高效钙钛矿串联电池是一种有效方法。根据测算，当钙钛矿-硅串联模组的光电转换效率超过24％并且寿命与晶硅组件相当时，其度电成本将会低于目前的商业化晶硅电池。目前，钙钛矿-硅串联电池的最高效率已达33.9％，远超单节硅、单节钙钛矿和其他基于钙钛矿的串联结构。虽然效率已经具有极大的竞争性，但仍旧存在一些问题亟待解决——例如宽带隙电池具有更差的稳定性和制备可重复性。此外，一些新的制备工艺和封装手段也需进一步优化，以促进钙钛矿-晶硅叠层组件商业化的进程。

文章链接

Towards The Commercialization of Perovskite Solar Modules

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202307357