消息面上，5月12日，第一太陽能宣布，擬最高支付8000萬美元收購瑞典鈣鈦礦企業(yè)Evolar AB，其中包括交易完成時(shí)支付3800萬美元，以及Evolar AB實(shí)現(xiàn)特定里程碑式技術(shù)突破時(shí)最高支付4200萬美元。

Evolar AB創(chuàng)立于2019年，該公司主營鈣鈦礦串聯(lián)光伏電池業(yè)務(wù)，其PV Power Booster技術(shù)能夠?yàn)楣夥姵赝磕ㄒ粚逾}鈦礦薄膜，將電池的轉(zhuǎn)化效率提升25%。收購?fù)瓿珊螅珽volar AB將在其瑞典烏普薩拉的實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)開展研究活動(dòng)，并與第一太陽能的美國研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行合作。Evolar AB主營的鈣鈦礦電池技術(shù)是目前光伏電池領(lǐng)域備受關(guān)注的技術(shù)路線之一。對比目前主流的晶硅電池，鈣鈦礦電池具有高效率、低成本等優(yōu)勢。一方面，鈣鈦礦材料的吸光性能遠(yuǎn)高于晶硅材料，能量轉(zhuǎn)換過程中能量損失極低。單結(jié)鈣鈦礦電池理論最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)31%，多結(jié)電池理論效率達(dá)45%，轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于晶硅太陽能電池的極限。

另一方面，鈣鈦礦電池制作過程無需硅料，能耗較低。目前，鈣鈦礦組件成本結(jié)構(gòu)占比最多的是電極材料，達(dá)37%，鈣鈦礦自身材料成本占比僅為5%，鈣鈦礦組件未來仍有較大的降本空間。目前，國內(nèi)超20多家光伏廠商均已布局鈣鈦礦技術(shù)，包括隆基綠能、通威股份、東方日升等。多家機(jī)構(gòu)認(rèn)為，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程持續(xù)加速，未來2-3年各企業(yè)百兆瓦中試線及GW級量產(chǎn)線有望加速落地，PVD/RPD設(shè)備、激光設(shè)備廠商、TCO玻璃等環(huán)節(jié)將顯著受益。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授徐集賢團(tuán)隊(duì)與合作者，針對鈣鈦礦太陽電池中長期普遍存在的“鈍化-傳輸”矛盾問題，提出了命名為PIC（porous insulator contact，多孔絕緣接觸）的新型結(jié)構(gòu)和突破方案，基于嚴(yán)格的模型仿真和實(shí)驗(yàn)給出了PIC方案的設(shè)計(jì)原理和概念驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了p-i-n反式結(jié)構(gòu)器件穩(wěn)態(tài)認(rèn)證效率的世界紀(jì)錄，并在多種基底和鈣鈦礦組分中展現(xiàn)了普遍的適用性。2月17日，相關(guān)研究成果以《通過一種多孔絕緣接觸減少鈣鈦礦太陽電池中的非輻射復(fù)合》（Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact）為題，發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。

“鈍化-傳輸”矛盾問題在光電子器件中（如太陽電池、發(fā)光二極管、光電探測器等）普遍存在。為了減少半導(dǎo)體表面的非輻射復(fù)合損失，需要覆蓋鈍化層來減少半導(dǎo)體表面缺陷密度。這些鈍化材料的導(dǎo)電率一般較低，增加其厚度會(huì)增強(qiáng)鈍化效果，但同時(shí)導(dǎo)致電流傳輸受限。由于這個(gè)矛盾，目前這些超薄鈍化層的厚度需要極為精確的控制在幾個(gè)甚至一個(gè)納米內(nèi)（nm，十億分之一米），載流子通過遂穿效應(yīng)等厚度敏感方式進(jìn)行傳輸，對于低成本的大面積生產(chǎn)不利。

鈣鈦礦太陽電池技術(shù)近些年引起廣泛關(guān)注，主要器件類型包括鈣鈦礦單結(jié)、晶硅-鈣鈦礦疊層、全鈣鈦礦疊層電池等，有望在傳統(tǒng)晶硅太陽電池之外提供新的低成本高效率光伏方案。鈣鈦礦電池中，異質(zhì)結(jié)接觸問題帶來的非輻射復(fù)合損失已被普遍證明是主要的性能限制因素。由于“鈍化-傳輸”矛盾問題的存在，超薄鈍化層納米級別的厚度變化均會(huì)引起填充因子和電流密度的降低。因此，各類鈣鈦礦器件亟需一種新型的接觸結(jié)構(gòu)能夠在提高性能的同時(shí)大幅減少鈍化厚度的敏感性。

科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長期思考和大量實(shí)驗(yàn)探索，提煉出這種PIC接觸結(jié)構(gòu)方案（圖1）。該研究的主要思想是不依賴傳統(tǒng)納米級鈍化層和遂穿傳輸，而直接使用百納米級厚度的多孔絕緣層，迫使載流子通過局部開孔區(qū)域進(jìn)行傳輸，同時(shí)降低接觸面積。研究團(tuán)隊(duì)的半導(dǎo)體器件建模計(jì)算揭示了這種PIC結(jié)構(gòu)周期應(yīng)與鈣鈦礦載流子傳輸長度匹配的關(guān)鍵設(shè)計(jì)原理。PIC方案與晶硅太陽能電池領(lǐng)域的局部接觸技術(shù)有異曲同工之妙，然而，不同的是，鈣鈦礦中的載流子擴(kuò)散長度較單晶硅要短很多，從毫米級別大幅減小到微米甚至更短，這要求PIC的尺寸和結(jié)構(gòu)周期要在百納米級別。傳統(tǒng)的晶硅局部接觸工藝不能直接滿足這種精度要求，而使用高精度微納加工技術(shù)在制備面積和成本方面存在不足。面對這一挑戰(zhàn)，科研人員巧妙地利用納米片的尺寸效應(yīng)，通過PIC生長方式從常規(guī)“層+島”（Stranski-Krastanov）模式向“島狀”（Volmer-Weber）模式的轉(zhuǎn)變，采用低溫低成本的溶液法實(shí)現(xiàn)了這種納米結(jié)構(gòu)的制備（圖2）。

研究在疊層器件中廣泛使用的p-i-n反式結(jié)構(gòu)中開展了PIC方案的驗(yàn)證，首次實(shí)現(xiàn)了空穴界面復(fù)合速度從~60cm/s下降至10cm/s（圖3）以及25.5%的單結(jié)最高效率（p-i-n結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)認(rèn)證效率紀(jì)錄24.7%）（圖4）。這種性能的大幅改善在多種帶隙和組分的鈣鈦礦中均普遍存在，展現(xiàn)了PIC廣闊的應(yīng)用前景。另外，PIC結(jié)構(gòu)在多種疏水性基底均實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦成膜覆蓋率和結(jié)晶質(zhì)量的提高（載流子體相壽命大幅提升），對于大面積擴(kuò)大化制備頗有意義。

值得注意的是，PIC方案具有普遍性，可進(jìn)一步在不同器件結(jié)構(gòu)和不同界面中推廣拓展；模擬計(jì)算指出目前實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的PIC覆蓋面積未達(dá)到其設(shè)計(jì)潛力，可進(jìn)一步優(yōu)化獲得更大的性能提升。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金、科技部、合肥綜合性國家科學(xué)中心能源研究院、中國科大碳中和研究院、上海同步輻射光源等的支持。美國科羅拉多大學(xué)博德分校科研人員參與研究。

論文鏈接

圖1.PIC（porous insulator contact）的設(shè)計(jì)原理和器件仿真

圖2.基于納米片尺寸效應(yīng)調(diào)控島狀生長模式實(shí)現(xiàn)PIC結(jié)構(gòu)

圖3.PIC對于鈣鈦礦界面和體相非輻射復(fù)合的抑制

圖4.在p-i-n反式器件中的PIC結(jié)構(gòu)驗(yàn)證

來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)

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