既然鈣鈦礦電池很便宜，發(fā)電又“給力”，那為什么目前市面上還是硅電池更常見？因?yàn)檫@種新型太陽能電池“不好做”。“電池如果要達(dá)到實(shí)用化需求，那它的關(guān)鍵部位——鈣鈦礦材料薄膜——面積要足夠大，薄膜質(zhì)量要足夠好，這樣才能保證電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率足夠高。多晶硅太陽能電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率大約在21%左右，而現(xiàn)階段超過20%認(rèn)證效率的鈣鈦礦太陽能電池面積只能達(dá)到0.04 cm2-0.2 cm2，頂多像個米粒那么大，而且依靠現(xiàn)有制備薄膜的技術(shù)，鈣鈦礦薄膜的面積越大，越容易出現(xiàn)瑕疵，電池的效率就越低?！拔覀儓F(tuán)隊(duì)用了3年時間解決這個問題，在大面積高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜制備的基礎(chǔ)上，開發(fā)了有效面積36.1 cm2的鈣鈦礦電池模塊，在國際認(rèn)證機(jī)構(gòu)首次獲得了12.1%的認(rèn)證效率，建立了第一個大面積鈣鈦礦模塊的效率世界紀(jì)錄?！表n禮元表示，這一成果的出現(xiàn)意味著未來鈣鈦礦光伏技術(shù)有了走出實(shí)驗(yàn)室、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的可能。

比蟬翼還薄幾十倍，“高質(zhì)量薄膜”決定高效率

鈣鈦礦薄膜在鈣鈦礦電池中起著關(guān)鍵作用，它的質(zhì)量和性能直接決定著電池效率的高低。

這就要求這個薄膜非常均勻致密、結(jié)晶性好。然而，在電池器件里，鈣鈦礦薄膜極薄，古人曾用“薄如蟬翼”來形容物之纖薄，而電池里的鈣鈦礦薄膜的厚度比蟬翼還要薄幾十倍，而且這種材料的結(jié)構(gòu)比較脆弱，制備過程對薄膜質(zhì)量的影響非常大，一點(diǎn)點(diǎn)微小的條件變化就會導(dǎo)致薄膜中產(chǎn)生較多瑕疵，影響電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

傳統(tǒng)的鈣鈦礦薄膜制備方法可以大致分為“真空蒸鍍法”和“溶液法”兩類：前者對于薄膜的生長比較難控制，而且工序復(fù)雜、成本較高。后者是目前常用的方法，使用有機(jī)溶劑溶解鈣鈦礦粉末配置成溶液，將溶液做成液體薄膜，不過這些有機(jī)溶劑一般有刺激性甚至是毒性，大規(guī)模使用會帶來環(huán)境問題；而且有機(jī)溶劑是一種外來添加的成分，會和鈣鈦礦材料產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，后期去除比較麻煩，也會增加成本、影響薄膜質(zhì)量。

能不能既不使用“真空蒸鍍”又不使用“有機(jī)溶劑”呢？“要制作高質(zhì)量的薄膜，還是得把鈣鈦礦材料做成液體，方便成形。在由碘、鉛、甲銨三種主要的成分組成的鈣鈦礦材料里，甲銨是以離子的形式存在的，當(dāng)甲銨離子遇到甲銨分子，會產(chǎn)生神奇的‘化學(xué)反應(yīng)’，于是我們采用了一種方法——用‘甲銨’制服‘甲銨’：引進(jìn)甲銨氣體，讓氣體中的甲銨分子和鈣鈦礦材料中的甲銨離子進(jìn)行反應(yīng)，將生成物混合后就可以得到鈣鈦礦材料的液體。”韓禮元介紹說，這種液體可以快速釋放出甲銨氣體變成鈣鈦礦固體，而釋放出的甲銨氣體可以再次被用于與碘化甲銨固體粉末和碘化鉛固體粉末進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)利用。