李永舫院士：第三代太阳能电池要有清晰的应用定位，这很重要

中国科学院院士、高分子化学家、中国科学院化学研究所研究员李永舫认为，钙钛矿、有机等新型太阳能电池并不适合跟晶硅竞争大规模光伏电站市场，可以做一些互补的应用，要有清晰的思路和定位，这很重要。未来，钙钛矿和有机太阳能电池要做柔性产品，发挥它轻、薄、柔的优点，晶硅应用不了的场景，钙钛矿和有机来做。

“我们头顶有一个巨大的、取之不尽用之不竭的清洁能源——太阳，它有足够的燃料来驱动我们的太阳系再持续50亿年，而它每日给地球带来的能量比我们消耗的能量多出1万倍。”在近日举办的中国科学院第七届科学节文献情报中心专场活动上，中国科学院院士、高分子化学家、中国科学院化学研究所研究员李永舫指出。

李永舫认为，将太阳能直接转换成电能的太阳能电池是实现太阳能利用的一个重要方面，如何更好、更高效地利用太阳能，关键在于太阳能电池材料技术的进步和创新，以钙钛矿、有机太阳能电池等为代表的第三代太阳能电池将发挥重要作用，应用前景广阔。

光伏技术不断创新

据介绍，目前的太阳能电池主要包括晶体硅(单晶硅、多晶硅)太阳能电池、无机半导体(铜铟镓硒、砷化镓等)薄膜太阳能电池、有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池等。

“现在晶体硅太阳能电池已经实现大规模商业化，其商业化模组电池的光电能量转换效率已经超过25%，工作寿命在25年以上，并且近年来晶硅太阳电池的成本也有显著下降，低于0.7元/瓦，是目前应用最广泛的太阳能电池类型。” 李永舫表示，2014年至今，我国企业和研究机构晶硅太阳能电池实验室效率已打破纪录42次，目前我国晶硅太阳能电池的生产技术水平和生产能力都处于世界领先水平。晶硅太阳能电池已经成为中国创新发展除高铁之外的另一张“名片”。

晶硅太阳能电池技术之外，目前无机半导体薄膜太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池相关的技术也在不断创新发展。

李永舫指出，以钙钛矿、有机太阳能电池为代表的第三代太阳能电池技术具有轻、薄以及可以制备成柔性器件等突出优点，在柔性太阳能电池方面与晶硅太阳能电池应用领域互补，在光伏建筑一体化、可穿戴和便携式能源以及室内光伏等方面具有重要应用前景。

新型电池技术仍待突破

尽管优势突出、应用潜力巨大，但目前钙钛矿、有机太阳能电池技术仍有许多难题待突破。

“钙钛矿太阳能电池的优点在于原材料成本低、可溶液加工、可制备成柔性器件，且效率高，目前实验室小面积器件最高效率超过26%，大面积器件效率可超过18%。”李永舫指出，钙钛矿材料同时具有激子束缚能小、扩散长度长、双极性传输等显著优点。但是要实现实际应用，目前需要解决大面积制备的批次重复性以及稳定性问题，其中稳定性是核心，这个问题不解决，就很难占领市场。构筑载流子输运效率高、缺陷复合少、稳定性好的活性层与界面层是未来实现高效率、高稳定性的钙钛矿太阳能电池的关键。

在有机太阳能电池方面，我国的研究已从最初的跟随性研究到了引领有机光伏领域发展的阶段。中国学者从报道窄带隙有机小分子受体开始，引导和推动了有机光伏领域的发展，实验室小面积器件的光电转换率从10%左右提升到了最近的超过20%。“现在有机太阳能电池已经看到了实现应用的曙光，下一步应该在降低光伏材料和器件制备的成本、光伏材料的放大合成和光伏器件的大面积制备、柔性透明电极的低成本大规模制备、提高柔性有机太阳电池光伏性能和稳定性等方面继续努力，争取早日在我国实现柔性有机太阳能电池和半透明有机太阳能电池的商品化应用。”李永舫表示。

值得注意的是，李永舫团队最近在《自然》杂志上刊发了最新研究成果，他们以宽带隙钙钛矿材料为前结、窄带隙有机材料为后结构建的钙钛矿—有机叠层太阳能电池，实现稳定性优于单结钙钛矿和单结有机太阳能电池，获得了26.4%的光电转换效率，且保留了可溶液制备太阳能电池的本征优势。

需找准应用定位

在李永舫看来，未来晶硅、钙钛矿、有机太阳能电池之间并不是竞争关系，而是互补关系，适用不同的应用场景。其中，大规模商业化的晶硅太阳能电池目前具有相对较高的能量转换效率、较好的稳定性和可靠性以及较低的成本，在市场上具有较强竞争力，适合在我国光照资源较好的西北地区进行大规模光伏电站建设。但晶硅太阳能电池制备过程中原材料的能耗大，产品整体是刚性的，且重量相对较重，并非所有应用场景都能适用。

“钙钛矿、有机等新型太阳能电池并不适合跟晶硅竞争大规模光伏电站市场，可以做一些互补的应用，要有清晰的思路和定位，这很重要。”李永舫认为，未来钙钛矿和有机太阳能电池要做柔性产品，发挥它轻、薄、柔的优点，它跟晶硅材料不是竞争关系，而是互补关系，晶硅应用不了的场景，钙钛矿和有机来做。晶硅本身耗电量很高，但卖得很便宜，如果按照价格来算，它具有绝对的优势。目前，钙钛矿的成本可以做到跟晶硅接近，但它的效率和稳定性都还比不过晶硅，仍有待进一步技术突破。

李永舫称，钙钛矿和有机太阳能电池可以重点应用在光伏建筑一体化、车载光伏、室内光伏等分布式领域。比如，草原牧民的帐篷如果做成柔性太阳能电池，可以白天发电、晚上应用，还有可穿戴式太阳能电池领域。

“相信再过一两年，就会有商品化的柔性钙钛矿太阳能电池应用。”李永舫表示，将来真正的柔性有机太阳能电池完全可以像纸一样卷起来。另外，有机太阳能电池还可以做成半透明太阳能电池用在窗户玻璃上，但能否真正实现大规模应用关键在于成本，如果能够减少合成步骤、提高产率，有机太阳能电池还有很大的降本空间，这也在一定程度上决定了它未来的应用前景。

文章作者：李玲