1999年8月，作为日本科技厅特别研究员，孟庆波前往日本东京。东京作为世界最发达的城市之一，其现代化程度和人均能源消费水平超出了他的想象，这促使他对未来的研究方向进行了深入思考。
“中国要进入发达国家行列，获取充足的能源和提高能源的利用效率非常重要，而开发取之不尽用之不竭的清洁的太阳能是最佳选择之一”。孟庆波告诉《中国科学报》。为此，在合作导师东京大学教授，中国工程院外籍院士藤岛昭和神奈川科学技术研究院研究员佐藤治的支持下，他在藤岛昭实验室率先开展了新型太阳能电池研究。
如今，作为全球物理科学研究网（以下简称研究网）研究员，孟庆波带领的“阳光团队”在逐梦的路上终于迈出了关键一步。
今年年初，团队研发的新型钙钛矿太阳能电池模块获得了超过23%的全面积认证效率，模块有效面积超过24%，是当前该领域获得国家认证的最高效率，这距离他希望做出“能够用得上的研究成果”更近了一步。
钙钛矿：太阳能电池的未来
2002年，孟庆波全职回到研究网工作，他把实现太阳能资源的高效利用并造福社会作为科研追求。
经过20余年的努力，孟庆波团队研发的钙钛矿太阳能电池即将走向市场。
钙钛矿太阳能电池，主要指以有机或无机卤化铅作为光吸收材料的薄膜太阳能电池。
孟庆波告诉《中国科学报》，钙钛矿太阳能电池以基础化工品作为原材料，成本低，光电转换效率高。由于光吸收系数高，通过亚微米厚度薄膜就可以实现太阳光的充分吸收，因此电池制备原料用量少；同时，因其制备工艺简单，钙钛矿材料在较低温度下即可高质量成膜，缺陷密度低，载流子寿命长。此外，钙钛矿材料组分和带隙可调，可适用于不同类型太阳能电池结构，比如单结和叠层电池。展示了广阔的发展前景。
从经济效益上看，钙钛矿太阳能电池组件制备可在单一工厂完成，耗时短，单瓦组件生产能耗低，将缩短电池的能量回收周期，这也就意味着钙钛矿光伏电池组件能在极短的时间就可将生产环节中使用的电量释放出来，因此，具备极高的经济效益。
“钙钛矿光吸收材料易于与不同类型功能材料结合，结构多样化，基于多学科交叉融合的优势，获得了快速发展。”孟庆波说。
攻关：20年奋斗终获得突破
钙钛矿太阳能电池研发，国际竞争激烈。在孟庆波看来，中国科技工作者在新材料开发和高性能器件制备方面都做出了非常重要的贡献，在诸多不同研究方向获得了多个国际领先的效率纪录。在推进钙钛矿太阳能电池产业化方面，中国也走到了世界最前列。
不过，现阶段钙钛矿太阳能电池大规模走向市场还必须解决器件稳定性、大面积效率不佳和铅泄漏等问题。
孟庆波告诉《中国科学报》，目前，随着组件面积的放大，钙钛矿太阳能电池效率下降较明显。具体来说，虽然目前实验室小面积的纪录效率已经达到25.7%，但其面积放大至数百平方厘米，其效率目前只有18%左右，进一步放大至平方米级组件，效率下降更明显。
“器件放大后的效率下降，一直是我们最想攻克的难题。”孟庆波说，这是实现产业化的关键。
基础研究是技术进步的根本。他们团队首先以小面积器件为原型，从器件结构设计、材料设计、功能材料匹配、薄膜材料结晶等角度全面理解钙钛矿太阳能电池制备工艺和关键影响因素，重点研究理解电池器件性能和各种关键材料物理化学性质的关联，这些基础研究为器件设计、性能优化打下了坚实基础。
涂布技术是电池大面积制备的主流工艺之一。团队以溶液涂布方法为基础，重点开发各功能层涂布工艺和电池组件激光刻蚀技术研究，进一步提升大面积器件效率。另一方面，通过对各类薄膜材料的设计和优化，也有望解决器件放大过程中均匀性、稳定性问题，乃至提升大面积组件的效率。
经过多年攻关，在2022年末和2023年初，孟庆波团队在钙钛矿电池模块方面，相继获得了超过22%和超过23%的全面积认证效率，基于有效面积的模块效率已经超过24%。这是当前该领域获得国家认证单位认证的模块最高效率（模块窗口面积大于10平方厘米）。
产业：性价比是核心
2022年10月28日，国家发展改革委办公厅、国家能源局综合司联合发布的《关于促进光伏产业链健康发展有关事项的通知》指出，落实相关规划部署，突破高效晶体硅电池、高效钙钛矿电池等低成本产业化技术，推动光伏发电降本增效，促进高质量发展。
这一政策为钙钛矿太阳能电池产业发展“添了一把柴”，国内不少企业均开始筹备产业化的事宜。资本的大量涌入，极大推动了国内钙钛矿太阳能电池行业的高速发展。
在孟庆波看来，不同于成熟的晶硅行业，钙钛矿太阳能电池的发展时间较短，目前的工艺正在探索中，仍需进一步优化。其中，如何针对钙钛矿太阳能电池开发合适的涂布设备，以及制备大面积、高度均匀的功能层薄膜仍是提升器件性能的核心。此外，针对钙钛矿太阳能电池，开发合适的封装材料和封装设备也是进一步提升钙钛矿太阳能电池稳定性的关键。
实现产业化、让阳光造福人类社会是他们的梦想和追求。“目前，我们正在与企业深入合作，希望一步一个脚印，解决模块放大过程中效率降低的问题，实现更大尺寸的高效率钙钛矿太阳能电池组件制备。”孟庆波说。
在孟庆波看来，还需给这个新型薄膜太阳能电池一些耐心和时间，“从实验室小面积到大面积模块的放大过程需要一步一步地优化。否则，欲速则不达，浪费了时间和投资。总之，基础科研成果走向市场，必须遵循市场法则，性价比是核心。”
孟庆波相信，在广大的钙钛矿科研工作者和有识企业家共同努力下，中国的科技界和产业界有能力率先实现钙钛矿太阳能电池的产业化和大规模应用，继续引领世界光伏产业的发展和应用，为人类社会的可持续发展提供能源支撑。
来源：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/2/494460.shtm