钙钛矿电池中光电转化效率检测方案(分子荧光光谱)

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Scientific℃荧光光谱Fluoresces 荧光光谱 前沿用户Fluoresces 动 态HORIBAScientificC 前沿用户动 态 钙钛矿太阳能电池距离市场还有多远? 关键词：钙钛矿太阳能电池、荧光光谱 钙钛矿太阳能电池作为第三代新概念太阳能电池代表，近年来备受关注，这得益于其具备的种种优势，譬如：它采用溶剂工艺，可以在常温下制备，生产成本大大下降；柔性好、可大面积印刷，在光伏产业的应用有着极为可观的前景；清洁廉价无限制，可为能源供应难题提供有效方案等等。 不仅如此，钙钛矿太阳能电池之所以成为代表，一个更加备受瞩目的优势就在于——它的原料多为液态，可以用来制备大面积柔性电池及设备，在未来或许可以应用于可穿戴智能设备上，边走路边发电! 这种在电影中才出现的镜头将来会成为日常，想想是不是就觉得很炫酷呢?但要想实现这一场景，还需解决三个难题，这也是钙钛矿太阳能电池尚未实现规模化商业生产的原因。哪三个问题呢?本次“前沿应用”栏目将带大家一探究竟~ 我们知道，对于电池来说，一个重要衡量指标就是使用寿命。钙钛矿电池实际生产和应用所面临的困难中，一个重要问题就是它的寿命只有短短数月，远远低于硅基太阳能电池，这也是其实现商业化面临的第一个问题。 钙钛矿电池不够稳定，主要是因为钙钛矿电池对水、热、氧环境极度敏感，使得电池结构不稳定，易产生不可逆降解。要延长钙钛矿电池的寿命就要提高稳定性，目前主要有两种方法，一种是采用复合型钙钛矿材料，提高其本身的稳定性，另一种就是找到合适的添加剂物质，来抑制钙钛矿材料的分解。 目前关于这方面的研究已经紧锣密鼓地展开。就在今年1月份，欧洲薄膜太阳能电池研究联盟Solliance， TNO，imec和埃因霍温科技大学，就报道了一种采用工业工艺(溅射镀膜，狭缝涂布镀膜，原子层沉积和基于激光的互连)制造的封装钙钛矿太阳能电池模组，该模组经受既定的寿命测试，即耐光性测试、耐湿热测试和热循环测试，具有出色的稳定性。相信未来会有更多的方法能够解决钙钛矿电池的分解问题。 图片来源： pixabay 效率之痛 电池的效率是评价电池性能的另一个重要指标，在过去十年，钙钛矿太阳能电池的效率有不少提升。根据《科学》》((Science) 今年4月发表的一篇报道，钙钛矿太阳能电池的转换效率已经上升到26.7%，非常接近传统晶体硅太阳能电池的效率。 但事实上，钙钛矿太阳能电池的转换效率依然有很大提升空间，这是因为转化过程中，通电的载流子会因为缺陷问题被卡住，从而降低电池效率。 那么，什么是载流子寿命呢?它为何成为影响太阳能电池效率的重要指标呢?据HORIBA资深工程师Ben Yang博士介绍，钙钛矿太阳能电池产生的电能来源于电荷的分离、迁移和重组，其中电荷可以扩散多远、游离多久，即载流子寿命，很大程度上就决定了太阳能电池的效率。载流子寿命越长，电池的效率也越高。 图片来源： pixabay 既然载流子寿命如此重要，那如何提升载流子寿命呢? 精确测量是第一步，通过不断测量找到效率低下的关键问题，进而改进。 "荧光寿命测量是一种常用于表征载流子寿命的技术，通过测量载流子复合速率，进而标定电池的效率。HORIBA测量量荧光寿命研发了相应的产品。" Ben Yang博士如是说道。 值得高兴的是，同样是今年4月， 《自然》》((Nature)杂志发表了一篇论文，介绍了剑桥大学等机构合作成果一一钙钛矿材料中影响载流子寿命的“缺陷”根源。相信通过精准的测量和缺陷根源的追溯，载流子的寿命将会一步步提升，钙钛矿电池的效率也会进一步改善。 量产之难 实现商业化最后一个攻关的技术点，便是“量产”。要实现大规模生产，就必须将钙钛矿从实验室搬到工厂，这是其最终走向市场的关键。 然而目前几乎所有高效率的钙钛矿太阳能电池都是用旋涂法制备的，即将钙钛矿材料一般旋涂于金属氧化物骨架上进行制备。但旋涂法难以沉积大面积、连续的液膜，在实验室中制备，尺寸只有几厘米大小，因此无法满足工业化的高吞吐量与规模化制备的要求。这就成为钙钛矿太阳能电池量产的一个难题。 近年来，也出现了一些其他适用于规模化生产的制备方法，像是：刮刀涂布法、电沉积等等，尤其是刮刀涂布法，它的基底温度可控，因此在规模化制备高质量、大晶粒钙钛矿薄膜方法中脱颖而出。更值得欣慰的是由刮刀涂布法制备的钙钛矿太阳电池，效率也能达到20%，十分接近旋涂法制备的器件。通过不断地研究，相信未来一定能实现商业化量产。 从上文可以看出，尽管短寿之憾、效率之痛、量产之难是制约钙钛矿太阳能电池快速走向市场的三个问题，但我们仍然对钙钛矿太阳能电池的发展前景抱有极大的期待。目前众多公司投资钙钛矿产业就是证明。相信产学研结合能够解决大规模制备技术的提升，帮助钙钛矿太阳能电池在商业化道路上大步迈进。 没有什么不可能，只要我们勇突破!现在不妨设想一下，钙钛矿太阳能电池就在我们的穿戴设备上，比如涂覆在手机表面上，那是怎样的情形呢? 我们再也不用担心手机没电了!开心吧? 前沿用户 动 态 实验仪器点评： DeltaFlex和DeltaPro荧光光谱仪是专门测量荧光寿命的分析仪器，它们可以监测光收集过程的效率，通过仪器搭配的TCSPC系统， 研究人员可以测量重组率。另外，使用HORIBA QuantaMasterTM、Fluorolog和FluoroMax@荧光光谱仪，可耦合IBH荧光寿命测试附件，测量钙钛矿中载流子传输和复合速率；同时还可耦合吸收附件，测试钙钛矿材料对不同光吸收的效率。 DeltaPro DeltaFlex超快时间分辨荧光光谱仪 扫描微信二维码在线阅读 7/22/2020 Explore the future ORIBAExplore the futureAutomotive Test Systems Process & Environmental Medical I Semiconductorl Scientific