近日，从上海交通大学获悉，现就读于上海交通大学，原东北大学秦皇岛分校资源与材料学院2011级材料科学与工程专业王言博所在的上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室韩礼元教授团队的研究成果 “Asolvent-and-vacuum-free route to large-area perovskite films for efficient solarmodules” （无溶剂免真空条件下的大面积钙钛矿薄膜和高效太阳能电池模块制备）被国际著名学术期刊《自然》(Nature) 在线发表。该团队使用更加经济安全的新方法制备出比蝉翼还薄数十倍的大面积钙钛矿薄膜，向实现大规模低成本太阳能发电的目标迈出了重要的一步。如果这种钙钛矿太阳能电池成功产业化，就无需依赖政府政策资助，便可成为市场主流的发电方式。

人类社会的发展对能源的需求与日俱增，而煤炭、石油等传统化石能源却因不断消耗而逐渐匮乏，引发能源问题的同时还带来巨大的环境问题。太阳能取之不尽、用之不竭，把太阳能转化为电能的光伏技术，成为解决人类能源危机最具潜力的科技之一。然而，目前太阳能光伏电池制备成本较高、工艺复杂，如果没有国家的政策支持，便难以实现大规模应用。

据介绍，太阳能电池是利用“光电效应”发电的：在光的照射下，电池中光电材料内部的电子会被光子激发出来而形成电流，于是就有了电。目前太阳能电池中的光电材料普遍使用的是硅材料，硅电池的光电能量转换效率较高，但它的制作成本也高，而且在制作过程中需要消耗大量化石能源、产生污染环境的化学物质。于是迫切需要发展新一代低成本太阳能电池。

“钙钛矿材料2009年首次应用于光伏技术，短短几年时间，实验室钙钛矿太阳能电池的光电转化效率屡屡取得突破，它的光电能量转换效率已经快速增长到22.1%，超过了多晶硅太阳能电池的效率水平，而发电成本却低于硅电池。因此，钙钛矿太阳能电池被评价为光伏研究领域极具竞争力、最有希望实现低成本发电的光伏技术。” 韩礼元介绍说。

既然钙钛矿电池很便宜，发电又“给力”，那为什么目前市面上还是硅电池更常见？因为这种新型太阳能电池“不好做”。“电池如果要达到实用化需求，那它的关键部位——钙钛矿材料薄膜——面积要足够大，薄膜质量要足够好，这样才能保证电池的光电能量转换效率足够高。多晶硅太阳能电池的光电能量转换效率大约在21%左右，而现阶段超过20%认证效率的钙钛矿太阳能电池面积只能达到0.04 cm2-0.2 cm2，顶多像个米粒那么大，而且依靠现有制备薄膜的技术，钙钛矿薄膜的面积越大，越容易出现瑕疵，电池的效率就越低。“我们团队用了3年时间解决这个问题，在大面积高质量钙钛矿薄膜制备的基础上，开发了有效面积36.1 cm2的钙钛矿电池模块，在国际认证机构首次获得了12.1%的认证效率，建立了第一个大面积钙钛矿模块的效率世界纪录。” 韩礼元表示，这一成果的出现意味着未来钙钛矿光伏技术有了走出实验室、实现大规模产业化的可能。

钙钛矿薄膜在钙钛矿电池中起着关键作用，它的质量和性能直接决定着电池效率的高低。这就要求这个薄膜非常均匀致密、结晶性好。然而，在电池器件里，钙钛矿薄膜极薄，古人曾用“薄如蝉翼”来形容物之纤薄，而电池里的钙钛矿薄膜的厚度比蝉翼还要薄几十倍，而且这种材料的结构比较脆弱，制备过程对薄膜质量的影响非常大，一点点微小的条件变化就会导致薄膜中产生较多瑕疵，影响电池的光电转换效率。

传统的钙钛矿薄膜制备方法可以大致分为“真空蒸镀法”和“溶液法”两类：前者对于薄膜的生长比较难控制，而且工序复杂、成本较高。后者是目前常用的方法，使用有机溶剂溶解钙钛矿粉末配置成溶液，将溶液做成液体薄膜，不过这些有机溶剂一般有刺激性甚至是毒性，大规模使用会带来环境问题；而且有机溶剂是一种外来添加的成分，会和钙钛矿材料产生复杂的相互作用，后期去除比较麻烦，也会增加成本、影响薄膜质量。

能不能既不使用“真空蒸镀”又不使用“有机溶剂”呢？“要制作高质量的薄膜，还是得把钙钛矿材料做成液体，方便成形。在由碘、铅、甲铵三种主要的成分组成的钙钛矿材料里，甲铵是以离子的形式存在的，当甲铵离子遇到甲铵分子，会产生神奇的‘化学反应’，于是我们采用了一种方法——用‘甲铵’制服‘甲铵’：引进甲铵气体，让气体中的甲铵分子和钙钛矿材料中的甲铵离子进行反应，将生成物混合后就可以得到钙钛矿材料的液体。”韩礼元介绍说，这种液体可以快速释放出甲铵气体变成钙钛矿固体，而释放出的甲铵气体可以再次被用于与碘化甲铵固体粉末和碘化铅固体粉末进行反应，实现材料的循环利用。

在薄膜制备方法上，研究人员也进行了创新。目前高效率小面积（0.04 cm2-0.2cm2）钙钛矿太阳能电池依赖旋转涂布溶液的方法来获得高质量钙钛矿薄膜，这种方法有点像“摊煎饼”，在制备面积小于25 cm2（5cmX5cm）的钙钛矿薄膜时有比较大的技术优势，在制备更大面积的薄膜时，由于薄膜不同区域的的旋转速度差别很大，容易导致薄膜出现针孔、覆盖不完全、厚度和组分不均匀等问题，严重影响电池器件的光电转换效率。而韩礼元团队采用的是一次成形的压力辅助制备方法，通过控制压力把液体材料涂布在平板基底上，就得到了均匀分布的液体薄膜。

韩礼元团队所研究的新型制备大面积均匀钙钛矿薄膜的方法，为实现大规模生产低成本钙钛矿太阳能电池模块提供了一个新的发展方向。该团队表示，未来的研究方向将把该团队小面积高效率器件的制备技术应用到模块当中，有希望达到和当前硅太阳能电池相当的模块效率。此外，将进一步对钙钛矿电池的稳定性做深入探究，加速该型电池商业化进程。结合以上两点，该团队希望通过他们以及其他科研工作者的共同努力，使钙钛矿太阳能电池成为市场主流的发电方式，为降低发电成本，缓解能源危机，改善自然环境做出贡献。

据悉，王言博本科在东北大学秦皇岛分校就读期间被保研至上海交通大学直博，在分校期间曾获“基于表面引发聚合的有机-无机纳米复合材料的复合方法”以及“水泥风沙复合型透水砖”的国家专利并连续三年获国家奖学金。在上海交大期间，2015年09月-2016年06月完成博士期间所有课程的学习，2016年06月-2016年10月参与本次Nature论文的实验工作，负责导电玻璃的激光刻蚀及全组成员Nature工作的周报。2017年03月-2017年09月协助Nature的实验数据补充，校对等工作至最终Nature成功见刊。

 

附：王言博个人简介

东北大学秦皇岛分校

姓名：王言博

入学：2011年09月

毕业：2015年06月

手机：15201790752

邮箱：sjtu-wyb@sjtu.edu.cn

思想政治情况：

2014年05月27日成为一名中国共产党党员

奖学金情况：

2012年05月04日获得校综合一等奖学金

2013年06月21日获得2013年度单项奖学金

2014年06月23日获得2013-2014年度科技实践与创新奖学金

2012年11月30日获得国家奖学金

2013年11月30日获得国家奖学金

2014年11月30日获得国家奖学金

学科与科技竞赛：

2013年05月12日获得全国大学生英语竞赛C类国家二等奖

2012年11月17日获得河北省大学生数学竞赛非数学类省二等奖

2013年06月15日获得2013年河北省大学生课外学术科技作品竞赛省三等奖

2014年06月09日获得“创青春”河北省创业大赛省一等奖

国家专利：

2014年11月19日获得基于表面引发聚合的有机-无机纳米复合材料的复合方法的国家专利

2014年12月10日获得一种水泥—风沙复合型透水砖制备方法的国家专利

科研经历：

参与到2012-2013年度大学生科技创新基金立项活动中，课题名称为纳米四氧化三铁与聚丙烯酰胺核壳复合材料的制备及其性能的研究。目前，已获得国家专利一项。

参与到水泥-风沙复合型透水砖实验课题中，目前已经获得国家专利一项。

参与到2013-2014年度大学生科技创新基金立项活动中，成为聚羧酸类高效减水剂课题负责人。在此实验中，我们要确定一种高效聚羧酸类减水剂的制备方法。目前，正在申请专利一项，后续将发表论文一篇。

英语与计算机能力：

CET四级考试606分；CET六级考试599分；PETS三级口试满分

2012年04月15日获得外研社亚马逊杯全国英语辩论赛东北大学秦皇岛分校校内选拔赛二等奖

GRE考试Verbal部分153分（170分满），Quantitative部分167分(170分满)，Writing部分3分（6分满）

在《英语世界》2012年第7期上，发表了以第二译者身份翻译的“2011年英文最热词条”一文

2012年09月获得全国计算机等级考试二级C合格证书

学生干部经历：

连续三年担任班级学习委员

2012-2013年担任东北大学秦皇岛分校资源与材料学院文艺部副部长

2012-2013年担任东北大学秦皇岛分校校团委宣传部广播电台副台长

2013-2014年担任东北大学秦皇岛分校校团委宣传部部长

荣誉称号：

2012-2014连续三次获得东北大学秦皇岛分校“三好学生”称号

2014年04月11日获得河北省省级三好学生称号

2013年05月15日获得优秀青年志愿者称号

2012年04月21日被评为资源与材料学院2011-2012年度学习标兵

2012-2013年连续两次被评为资源与材料学院十佳大学生

2012年12月15日被评为资源与材料学院文艺之星

2013-2014年连续两次被评为东北大学秦皇岛分校优秀团干部

2013年11月29日被评为东北大学秦皇岛分校优秀学生干部

社会实践：

2012年07月15日获得暑期社会实践先进个人称号

2013年10月参与了秦皇岛市第六届市运会志愿者工作，具体负责录制市运会开幕式团体操表演解说词

2014年08月参与了秦皇岛市国际马拉松比赛志愿者工作，具体负责在饮水站为长跑运动员送水和专业饮料的工作

文艺活动：

2012年11月29日获得河北省大学生校园歌手大赛秦皇岛市总决赛三等奖

2013年05月25日获得东北大学秦皇岛分校外文歌曲大赛英语组一等奖

2012年03月15日获得东北大学秦皇岛分校琢玉杯新生歌手大赛二等奖

上海交通大学

2015年09月-2016年06月 完成博士期间所有课程的学习

2016年06月-2016年10月 参与本次Nature论文的实验工作，负责导电玻璃的激光刻蚀及全组成员Nature工作的周报。

2016年11月-2017年02月 赴日学习先进太阳能电池器件制备技术，可以独立制备出1cm2，18%以上效率的钙钛矿电池。协助上海交通大学杨旭东特别研究员完成Nature的写作。

2016年10月-2017年06月 参加在大连，横滨（日本），西安，北京，青岛等地举办的多次国际国内钙钛矿电池学术会议，把握本领域最新动向。

2017年03月-2017年09月 协助Nature的实验数据补充，校对等工作至最终Nature成功见刊。

业余：

2015年09月至2016年06月，担任上海交通大学材料科学与工程学院研究生会文艺部副部长，并获得优秀部长奖。

获得上海交通大学2017年粤动心弦粤语歌大赛冠军，同时包揽全部特别奖项，最受欢迎歌手奖及最佳台风奖。