钙钛矿太阳电池光吸收层的专利技术进展-李建生

1、钙钛矿太阳电池光吸收层的钙钛矿太阳电池光吸收层的专利技术进展专利技术进展报告人报告人: :李建生李建生( (教授、企业科技特派员教授、企业科技特派员) )所在单位：天津职业大学生物与环境工程学院所在单位：天津职业大学生物与环境工程学院合作单位：天津中科化工有限公司合作单位：天津中科化工有限公司日期：日期：20162016年年3 3月月2323日日讲座海报讲座海报 讲座报告人作为科技型中小企业科技特派员，从科技发展前沿技术中寻找市场机会和技术创新机会，积极引导企业通过新产品开发进入太阳能高效利用新兴产业领域，在帮助企业转型升级的同时实现自身价值。 本讲座内容包括六个方面， 欢迎我校师生前来分享李

2、建生教授项目组产学研合作在钙钛矿太阳电池方面取得的创新成果和研究开发思路，参与讨论即可获得合作企业天津中科化工有限公司天津中科化工有限公司提供的精美纪念品。 本讲座定于2016年3月23日下午三点半到五点在学校行政楼319会议室举行。核心内容核心内容 1. 1. 光伏领域的新希望光伏领域的新希望钙钛矿太阳电池简介（钙钛矿太阳电池简介（5 5分钟）分钟） 2. 2. 钙钛矿太阳电池基本结构组成和工作原理（钙钛矿太阳电池基本结构组成和工作原理（1010分钟）分钟） 3. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（2525分钟）分钟） 4. 4.

3、钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（2525分钟）分钟） 5. 5. 通过技术创新实现自身价值和成就美好人生（通过技术创新实现自身价值和成就美好人生（5 5分钟）分钟） 6. 6. 对钙钛矿太阳电池和专利申请相关问题有奖交流（对钙钛矿太阳电池和专利申请相关问题有奖交流（2020分钟）分钟）6.6.钙钛矿太阳电池和专利申请相关问题有奖交流钙钛矿太阳电池和专利申请相关问题有奖交流（1）钙钛矿太阳电池一般包括哪几层？（2）钙钛矿太阳电池光吸收层包括哪几部分？（3）最典型的钙钛矿太阳电池光吸收材料是什么？（4）最典型的钙钛矿太阳电池骨架纳米材料是什么？（

4、5）项目组在钙钛矿太阳电池光吸收材料上的创新点之一？（6）项目组在钙钛矿太阳电池骨架材料上的创新点之一？（7）简述报告图片中提示的国家七大战略新兴产业之二。（8）简述讲座中认为可实现自身价值的途径之一。（9）钙钛矿太阳电池和和专利申请相关问题的交流。1. . 光伏领域的新希望光伏领域的新希望钙钛矿太阳电池简介钙钛矿太阳电池简介(1/5) 太阳能取之不尽、用之不竭，高效利用太阳能对于优化能源消费结构、减少环境污染的意义重大。 现在已经商品化的光伏技术包括晶体硅太阳电池和薄膜太阳能电池。 目前光伏产业还是在依靠政策补贴生存和发展，寻找新一代更高效和更经济的光伏技术是太阳能利用的一个长期目标。柔性薄

5、膜太阳电池柔性薄膜太阳电池晶体硅太阳电池晶体硅太阳电池1.1.光伏领域的新希望光伏领域的新希望钙钛矿太阳电池简介钙钛矿太阳电池简介(2/5)(2/5) 基于有机金属卤化物钙钛矿结构（CaTiO3）光吸收材料制备的太阳能电池被称为钙钛矿太阳电池。它是在染料敏化薄膜太阳电池基础上发展起来的。 全固态钙钛矿太阳能电池曾被著名期刊Science 评选为2013年十大科学突破之一，并称其为太阳能技术的一个重要突破，近三年的技术进步超越薄膜太阳电池过去二十年的发展。 目前钙钛矿太阳电池的光电转换效率已超过20%，成为国内外广泛研究的热点前沿技术，使该领域国内外一批年轻科学家因此脱颖而出。美国华裔科学家美国

6、华裔科学家英国青年科学家英国青年科学家转换效率成倍增长转换效率成倍增长1.1.光伏领域的新希望光伏领域的新希望钙钛矿太阳电池简介钙钛矿太阳电池简介(3/5)(3/5) 钙钛矿太阳电池最近三年间国内外期刊发表钙钛矿型太阳能电池相关研究论文近千篇，各国科学家你追我赶，光电转换效率已超过20%，数据正在不断刷新中，未来可望达到50%。 钙钛矿太阳电池可以与晶体硅太阳电池或其它类型的薄膜电池制成叠层太阳电池应用，拓展对太阳光的吸收波段范围，可实现白天和夜间都能发电。 钙钛矿太阳电池将来可制成彩色薄膜电池装饰安装在建筑物表面，解决晶体硅电池“傻大黑粗”引起的视觉污染问题，促进光伏一体化建筑发展。光伏一体

7、化建筑光伏一体化建筑钙钛矿研究论文钙钛矿研究论文叠层钙钛矿电池叠层钙钛矿电池 高效率和低成本优势有望推动钙钛矿太阳能电池在未来跨过商业化门槛，但仍有乌云笼罩在钙钛矿太阳电池走向产业化的征途上。 只有“拇指大”的钙钛矿电池样品展示、比黄金还贵的实验材料和“高大上”的研究条件难体现中国制造特有的原料廉价和人力资源优势。 太阳能技术产业化的三大关键要素是光电转换效率、 生产成本和电池性能稳定性。室外应用环境下性能的长期稳定性将成为产业化开发的最大障碍，而钙钛矿光吸收材料的性能稳定性是关键。1.1.光伏领域的新希望光伏领域的新希望钙钛矿太阳电池简介钙钛矿太阳电池简介(4/5)(4/5)空气中性能衰减空

8、气中性能衰减只是学术交流只是学术交流1cm2的模型电池的模型电池 钙钛矿光吸收材料没有商品供应，定制样品价格高和质量不稳定；作为钙钛矿光吸收材料骨架的纳米TiO2浆料和涂布工艺不适合产业化应用。 钙钛矿电池有机空穴传输材料价格昂贵，无机空穴传输性能还不理想；贵金属电极材料工程化制备技术不完善和生产成本高。 钙钛矿电池关键配套材料在生产技术和成本上不支持钙钛矿电池产业化。解决廉价原材料的产业化配套开发和大众化的研究开发条件是当务之急。 这些问题的存在同时为有意前沿技术领域淘金的企业和科技人员提供了良机。1.1.光伏领域的新希望光伏领域的新希望钙钛矿太阳电池简介钙钛矿太阳电池简介(5/5) (5/

9、5) 相关原材料太贵相关原材料太贵做电池需先做材料做电池需先做材料缺乏商品原材料缺乏商品原材料2. 2. 钙钛矿太阳电池基本结构组成和工作原理钙钛矿太阳电池基本结构组成和工作原理（1/31/3） 钙钛矿光吸收层由光吸收材料和骨架层共同构成，厚度一般为300-600nm，主要作用是吸收太阳光并产生电子-空穴对，并能高效传输电子-空穴对。 致密层的厚度一般为20-50nm，主要作用是收集来自钙钛矿光吸收层注入的电子，阻止空穴的反向迁移。 空穴传输层的厚度一般为0-50nm，主要作用是收集来自钙钛矿光吸收层注入的空穴。 对电极和透明导电玻璃的分别是钙钛矿太阳电池的阴阳极。钙钛矿太阳电池通常是由透明导

10、电玻璃、致密层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金属背电极五部分组成。电池结构示意图电池结构示意图2. 2. 钙钛矿太阳电池基本结构组成和工作原理钙钛矿太阳电池基本结构组成和工作原理（2/32/3） 钙钛矿光吸收层在光照下吸收光子，其价带电子跃迁到导带，接着将导带电子注入到致密层，再传输到透明导电玻璃。产生的空穴则传输到空穴传输层和金属背电极，从而实现电子-空穴对的分离。当接通外电路时，电子与空穴的移动就会产生电流。 钙钛矿电池的性能可以通过光电转换效率、短路电流、开路电压、填充因子、电流电压曲线等数据表达其工作性能。单从光电转换效率数据也可初步判断其应用性能。电流电流电压曲线示意电压曲线示意钙钛

11、矿电池原理示意钙钛矿电池原理示意2. 2. 钙钛矿太阳电池基本结构组成和工作原理钙钛矿太阳电池基本结构组成和工作原理（3/33/3） 评价钙钛矿电池样品性能需要专用仪器，目前国内外都能供应电脑控制的太阳电池测试系统，成套仪器价格10-100万元人民币。当项目组测试设备条件不具备时，可先用简单仪器先对样品进行对比评价，然后优选样品寻求相关机构的委托测试。 国内外专业研究机构一般采用美国NEWPORT公司生产的91100A系列太阳光模拟器和美国Keithley公司生产的4200系列半导体器件性能表征系统评价，然后找权威机构认证其测试结果。 当研究光吸收层材料时，可以先扫描电镜观察形貌，然后优选样品

12、组装电池评价。太阳光模拟器太阳光模拟器半导体性能表征系统半导体性能表征系统电池样品结构示意电池样品结构示意3. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（1/11）3.1钙钛矿光吸收材料基本组成 钙钛矿电池光吸收材料典型结构的分子式为AMX3，其中, A和 M代表不同的阳离子, X代表阴离子。常见的钙钛矿光吸收材料主要包括氧化物钙钛矿光吸收材料和卤化物钙钛矿光吸收材料二类。 目前国内外对卤化物钙钛矿光吸收材料CH3NH3PbX3研究比较多，它是一种半导体光吸收材料，其带隙约为 1.5 eV，能充分吸收 400-800 nm 的可见光，同时高效完

13、成入射光的吸收、光生载流子的激发、输运、分离等多个过程。卤铅铵结构示意卤铅铵结构示意钙钛矿立体结构钙钛矿立体结构3. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（2/11）3.2钙钛矿光吸收材料CH3NH3PbI3制备方法 钙钛矿光吸收材料CH3NH3PbI3通常是由PbI2和CH3NH3I二种化学原料反应生成，文献报道的制备方法有固相法、真空蒸发法、溶液法和蒸发-溶液综合法等许多方法。 溶液法原料利用率高、 制备过程简单方便和容易产业化。将原料PbI2和CH3NH3I溶解后混合或先后涂布在衬底材料上，在配位作用、氢键、范德华力的共同驱动下，二种

14、盐产生强烈的自组装倾向，当局部浓度超出其溶解度时，就析出形成CH3NH3PbI3钙钛矿光吸收材料。溶液法又分为一步法和二步法。溶液法制备示意溶液法制备示意蒸发法制备示意蒸发法制备示意3. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（3/11） 3.2 3.2钙钛矿光吸收材料CH3NH3PbI3制备方法 一步法是指将CH3NH3I粉末与PbI2共同溶解在-丁内酯溶液中，使其在溶剂中反应生成CH3NH3PbI3，然后将溶液用旋涂仪旋涂在有纳米TiO2骨架层的衬底材料上，随溶剂挥发反应不断进行，从膜层表面颜色改变或电阻率变化可显示反应形成了CH3NH3

15、PbI3钙钛矿光吸收层。 二步法是指先将PbI2 粉末溶于二甲基甲酰胺溶剂中，将其旋涂在有纳米TiO2骨架层的衬底材料上，待溶剂挥发晾干后，将衬底材料浸入含有 CH3NH3I的异丙醇溶液中，反应制得CH3NH3PbI3钙钛矿光吸收层。 下面专利技术进展就是这些制备方法的实例。 旋涂仪旋涂仪一步法样品形貌一步法样品形貌二步法样品形貌二步法样品形貌3. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（4/11） 3.3钙钛矿光吸收材料CH3NH3PbI3制备专利技术进展 新公开的瑞士洛桑联邦理工学院的发明专利申请中，采用一步法制备了CH3NH3PbI3

16、钙钛矿光吸收材料，光电转换效率7.28%。 新公开的英国ISIS INNOVATION公司的发明专利申请中，对比采用了真空蒸发法和溶液法，将原料PbI2和CH3NH3I固体同时蒸发沉积在含有骨架纳米Al2O3的衬底材料上，真空蒸发法制备的CH3NH3PbI3 钙钛矿光吸收材料缺陷较少。 新公开的韩国化学技术研究所的发明专利申请中一步得到钙钛矿光吸收层，其特征是制备过程中CH3NH3I粉末与PbI2投料摩尔比控制在 1.0-1.25 1范围内，光电转换效率达10%以上。3. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（5/11） 3.3 3.3钙钛

17、矿光吸收材料CH3NH3PbI3制备专利技术进展 新公开的南开大学的发明专利申请中采用一步法，加入少量聚乙烯吡咯烷酮，形成的钙钛矿光吸收层晶粒比较完整，表面形貌光滑和连续，添加聚乙烯吡咯烷酮前后对比，光电转换效率由4.5%提高到8.7%。 新近公开的宁波大学的发明专利申请中采用一步法，其特征是将制备的钙钛矿光吸收层再用长链硅烷偶联剂的异丙醇溶液浸渍后处理，可以抑制钙钛矿光吸收层内部电子复合，光电转换效率达到12.9%，钙钛矿光吸收层表面疏水性增强还可提高其在潮湿环境下的稳定性。 新公开的香港理工大学的发明专利申请中也采用二步法，其特征是在溶液中掺入少量氯化氢，改善了PbI2的结晶形态, 光电转

18、换效率高达15.2%。3. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（6/11）3.4钙钛矿光吸收材料组成优化依据和途径 在钙钛矿光吸收材料 AMX3中，尽管CH3NH3PbI3钙钛矿光吸收材料已表现出优异的光吸收性能，但通过钙钛矿化合物 AMX3中三种组分的组成调整可使其性能得到进一步优化提高。 钙钛矿光吸收材料不同于高纯度化工产品，材料中含有的杂质可分为有害杂质、无害杂质或有益杂质三类，通过掺入有益杂质可望使其性能得到进一步优化提高。 从下面专利技术进展实例中可充分体现了这些改进途径。组分调整示意组分调整示意掺杂概念示意掺杂概念示意3. 3

19、. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（7/11）3.5钙钛矿光吸收材料组成优化专利进展 新公开的英国ISIS INNOVATION公司的发明专利申请中, 制备了CH3NH3PbI2Cl钙钛矿光吸收材料，涂布在纳米Al2O3骨架层上，光电转换效率12.3%，在空气中的稳定性有所提高。 新公开的韩国化学技术研究所的另一件发明专利申请中，将CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3三种钙钛矿光吸收材料中的二种混合形成复合钙钛矿光吸收层，不仅光电转换效率达到10%14%，而且显著改善了钙钛矿光吸收层在空气中的耐湿度稳定性。

20、华中科技大学的发明专利申请中，将两性有机分子氨基丁酸的碘化物部分代替CH3NH3I与PbI2 反应制备钙钛矿光吸收材料，一步得到钙钛矿光吸收层，改善了钙钛矿光吸收材料结晶度，使光电转换效率达到11%。3. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（8/11）3.5 钙钛矿光吸收材料组成优化专利进展 新公开的清华大学的发明专利申请中，将钙钛矿材料中的部分甲胺阳离子替换为K+，Rb+ 或Cs+的混合物，从而改善了电池性能稳定性。 日本理光公司发明专利申请中采用二步法，其特征是将用部分SbI2替换PbI2 制得CH3NH3PbI3 和CH3NH3Sb

21、I3复合钙钛矿光吸收层，光电转换效率8.2%，明显增强了对长波段光谱的吸收。 中国科学院青岛生物能源与过程研究所专利申请中用甲脒替换甲胺，得到致密性和均匀性良好的NH2CH=NH2PbI3钙钛矿光吸收层，光电转换效率14.5%。 华中科技大学的发明专利申请中，将PbI2 用部分SrCl2替换制得含Sr-Pb二元金属的复合钙钛矿光吸收层，能够降低铅消耗量和环境风险。3 3. . 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（9/119/11）3.63.6存在的问题和改进方向 存在的问题主要是（1）钙钛矿光吸收材料是研究小组自制或定制的，没有商品材料供应；（

22、2）钙钛矿光吸收材料对环境的耐受性差， 光电转换效率数据的可靠性和重现性差；（3）钙钛矿光吸收层目前采用二步法涂布技术，工艺控制条件复杂，不适合产业化生产的要求。 改进方向是（1）吸引相关企业参与开发，生产出成熟的钙钛矿光吸收材料商品，为钙钛矿太阳电池产业化提供关键基础材料；（2）将先进的产品结晶技术、材料表面改性技术和纳米材料包覆技术应用于研究开发中，以提高其在大气环境下的稳定性；（3）开发一步法钙钛矿光吸收层涂布技术，将相关领域中工程化涂膜技术转移应用到钙钛矿光吸收层制备中。3. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（10/1110/1

23、1）3.7项目组的创新点和改进思路 从相关专利内容分析中发现，二步法制备的钙钛矿光吸收材料性能明显优于一步法制备的钙钛矿光吸收材料，项目组分析其中的原因，选择采用工艺简便和容易实现产业化的一步法，使用一步法达到二步法同样效果。 创新点是在CH3NH3I和PbI2的反应溶液中加入微量纳米粒子作为活性点，诱导PbI2优先吸附在纳米粒子上形成大量细小的PbI2晶种，不再依赖骨架纳米材料表面产生晶种。 当溶液涂膜后干燥时，反应生成细小和均匀的CH3NH3PbI3结晶膜，解决了PbI2 过于容易结晶和容易产生PbI2大晶粒的问题。无纳米粒子成膜示意无纳米粒子成膜示意有纳米粒子成膜示意有纳米粒子成膜示意3

24、. 3. 钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展钙钛矿电池光吸收材料制备技术和组成优化进展（11/1111/11）3.7项目组的创新点和改进思路 从相关专利内容分析中发现，钙钛矿光吸收材料性能不仅与其组成有关，而且受到材料表面形貌结构很大影响。 项目组又选择微量银离子作为晶种诱导剂，有机硅纳米粒子为包覆剂，诱导反应生成细小均匀的CH3NH3PbI3结晶粒子，有机硅纳米粒子包覆在CH3NH3PbI3结晶粒子上阻碍其过分长大，一步形成钙钛矿光吸收材料膜。 有机硅纳米粒子包覆使表面具有疏水性，不易吸附空气中的水分，可提高钙钛矿光吸收材料的耐潮湿性能；有机硅纳米粒子包覆防止了钙钛矿光吸收材料的紫外

25、光催化分解，可提高钙钛矿光吸收材料的化学稳定性。随机结晶示意随机结晶示意诱导结晶包覆示意诱导结晶包覆示意4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（1/111/11） 4.14.1钙钛矿光吸收层骨架纳米材料 钙钛矿光吸收层骨架纳米材料包括半导体材料和绝缘体材料二类，主要包括纳米TiO2、ZnO、SnO2、WO3、ReO、BaSnO3、SrTiO3、Al2O3、ZrO2、SiO2等，其中，最常用的是纳米TiO2。 骨架纳米材料除作为钙钛矿光吸收材料的支持骨架外，还可以促进电子传输，改善光吸收材料结晶结构和增大钙钛矿光吸收材料表面积，从而增强钙钛矿

26、光吸收和提升钙钛矿光吸收层光电转换效率。 骨架纳米材料的组成、形貌结构和制备工艺对钙钛矿光吸收层性能影响很大。纳米膜层示意纳米膜层示意纳米粉体示意纳米粉体示意纳米浆料示意纳米浆料示意4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（2/112/11） 4.24.2纳米TiO2浆料和纳米TiO2膜制备方法 纳米TiO2粒子有锐钛型、板钛型和金红石型三种晶型，有球状、针状和片状等多种粒子形态，2-100nm宽广的粒径范围。 选择市售或自制的纳米TiO2粒子，加入分散剂、稳定剂和其它添加剂将其分散在溶剂中，制成3%-40%的容易涂布的各种型号的高分散纳米T

27、iO2浆料或胶体。 骨架纳米TiO2膜制备方法主要有高温烧结法和溶胶-凝胶法。高温烧结法是先将纳米TiO2浆料或胶体印刷涂布在基体上，在400-500高温下处理使其烧结固定在基体上。溶胶-凝胶法是将纳米TiO2胶体涂布在基体上，依靠分子间力或粘合剂附着在基体上。纳米纳米TIO2粉体粉体纳米纳米TIO2浆料浆料 纳米纳米TIO2丝印丝印4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（3/113/11） 4.34.3骨架纳米TiO2膜制备专利技术进展 新公开的瑞士洛桑联邦理工学院的发明专利申请中，先将四丁醇钛和氢氟酸在180下混合反应24h，冷却后将所

28、得白色沉淀离心分离，洗涤、干燥后制得边长为30nm，厚度为7nm的片状纳米TiO2粒子，将其分散后旋涂在导电玻璃的致密层上，在500退火处理0.5 h，在70下将其用TiCl4水溶液处理0.5 h， 洗涤后再在500退火处理0.5 h，得到有纳米TiO2骨架层的衬底材料。 新公开的韩国化学技术研究所的发明专利申请中，将自制得纳米TiO2浆料，丝网印刷在导电玻璃的致密层上，在500退火处理0.5 h，在60下将其用TiCl4水溶液处理以提高纳米TiO2骨架层表面积，再在500退火处理0.5 h，得到有纳米TiO2骨架层的衬底材料。4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层

29、纳米材料制备和组成优化进展（4/114/11） 4.34.3骨架纳米TiO2膜制备专利技术进展 日本理光公司的发明专利申请中，使用Dyesol公司制作的18NR-T型纳米TiO2浆料，将其旋涂在导电玻璃的致密层上，厚度约300nm,150下热风干燥，再在500退火处理0.5 h，得到有纳米TiO2骨架层的衬底材料。 天津市职业大学的发明专利申请中，直接制备了透光性能好的锐钛型纳米TiO2粒子，不再依赖高温处理过程实现纳米TiO2转晶，目前正评价测试作为钙钛矿光吸收层骨架纳米材料的适用性。 大部分专利中采用纳米TiO2骨架层和纳米Al2O3骨架层。纳米纳米Al2O3为骨架样品为骨架样品纳米纳米T

30、iO2骨架示意骨架示意纳米纳米TiO2为骨架大样为骨架大样4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（5/115/11） 4.4骨架纳米材料组成优化途径 针对现有纳米TiO2膜作为钙钛矿光吸收层骨架存在的不足，除从纳米TiO2制备工艺角度进行技术改进外，还可以考虑通过在纳米TiO2中掺杂改性的方式和分别采用二种纳米材料的方式进行改进。 甚至可以考虑用其它更好的纳米材料替代纳米TiO2作为钙钛矿光吸收层骨架材料。 从下面专利技术进展实例中可充分体现了这些改进途径。纳米纳米Al2O3溶胶溶胶纳米纳米TiO2掺杂技术掺杂技术多层膜应用示意多层膜应用示

31、意4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（6/116/11） 4.5骨架纳米材料组成优化专利进展 新公开的华中科技大学的发明专利申请中，采用纳米TiO2 /钙钛矿光吸收材料/纳米ZrO2双层骨架结构制备钙钛矿光吸收层，光电转换效率仍大于6.6%。 新公开的清华大学的发明专利申请中，采用纳米TiO2 /钙钛矿光吸收材料/纳米Al2O3双层骨架,其中的纳米Al2O3层仅几个纳米厚度，主要起保护层作用，可阻止与空气中的水分接触而产生性能衰退。 新公开的常州大学的发明专利申请中，在纳米TiO2溶胶中掺入稀土上转换材料铒(Er)和镱(Yb)的硝酸盐，

32、制备出稀土元素掺杂的纳米TiO2骨架材料，因骨架材料具有将红外光转换为可见光的功能，原理上能拓展钙钛矿光吸收层的吸光范围和提高光电转换效率。4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（7/117/11） 4.5骨架纳米材料组成优化专利进展 中南大学的发明专利申请中，在纳米TiO2骨架材料上先吸附ZnS、Ag2S或Ag2Se的量子点敏化材料，然后涂布钙钛矿光吸收材料，制得了量子点和钙钛矿共敏化光吸收层材料，从原理上分析可大幅度提高光电转换效率。 韩国化学技术研究所研究论文报道，通过掺杂稀土钇元素修饰 TiO2 层, 可使钙钛矿太阳电池光电转换效率

33、提升到 19.3%，检索发现其专利申请文件尚未进入公开阶段。 华北电力大学的发明专利申请中，以BaSnO3代替TiO2作为钙钛矿光吸收层骨架纳米材料，制备的钙钛矿光吸收层光电转换效率最大11.5%。可能是BaSnO3的电子迁移率要明显高于TiO2电子迁移率。4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（8/118/11） 4.5骨架纳米材料组成优化专利进展 新公开的英国ISIS INNOVATION公司的发明专利申请中, 采用纳米Al2O3代替纳米 TiO2作为钙钛矿光吸收材料的骨架，将其退火处理温度降低到150以下。纳米Al2O3代替纳米 Ti

34、O2防止了纳米 TiO2对有机钙钛矿光吸收材料的光催化分解，从而使光吸收层光电转换效率维持在较高水平，免除了高温烧结处理过程，使其在柔性高分子衬底钙钛矿太阳电池上应用成为可能。 天津市职业大学的发明专利申请中，公开了一种溶胶-凝胶法制备稳定性棒状纳米SiO2水溶胶方法，作为太阳电池玻璃多功能镀膜材料，目前正评价测试作为钙钛矿光吸收层骨架纳米材料的适用性。4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（9/119/11） 4.64.6存在的问题和改进方向 应用角度来看还存在以下问题:（1）钙钛矿吸光层纳米材料缺乏商品化材料选择；（2）研究者自制的骨架

35、纳米材料样品杂乱，缺少稳定性和工程化涂布的适应性；（3）钙钛矿吸光层纳米材料涂膜目前一般采用旋涂法，难于大面积制备钙钛矿吸光层纳米材料膜。 建议重点做好以下工作：（1）从纳米TiO2晶型、形貌结构、粒径范围和添加剂多方面设计和选择骨架纳米TiO2材料；（2）将改性纳米TiO2溶胶制备技术作为研究开发重点，制备出性能稳定的样品，供钙钛矿太阳电池研究开发部门应用评价；（3）将相关领域中工程化涂膜技术转移应用到骨架纳米材料膜制备中，以技术配套支持钙钛矿太阳电池扩大研究和产业化。4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（10/1110/11） 4.7

36、项目组的改进思路和创新点 根据相关专利分析，采用针状、片状或小粒径纳米TiO2作为骨架材料时空间结构比较致密，对基体的附着力强，可在较低温度固化在基体上。 项目组设计由不同粒径纳米TiO2或不同粒子形态的纳米TiO2复配的胶体，给纳米TiO2胶体粒子间预留一些干燥成膜时伸缩变形空间，在溶剂挥发干燥过程中纳米粒子相互穿插仅部分减小了骨架结构空间，以克服干燥时空间结构变形过大导致的应力开裂的问题,发明专利正在申请中。预留变形空间预留变形空间膜层应力开裂膜层应力开裂4. 4. 钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展钙钛矿光吸收层纳米材料制备和组成优化进展（11/1111/11） 4.7项目组的改进

37、思路和创新点 项目组研究又开发了以锐钛型纳米TiO2为骨料，添加少量有机硅树脂为粘合剂的醇溶性纳米TiO2胶体，将其辊涂在玻璃表面上，可在室温下固化成膜,发明专利正在申请中。 该胶体溶液中的有机硅树脂分子中具有柔性分子基团，在溶剂挥发固化过程中不容易发生膜层的应力开裂或脱落；有机硅树脂吸附在纳米TiO2骨料表面使其具有疏水性，不易吸附空气中的水分，可提高钙钛矿光吸收材料的耐潮湿性能；有机硅树脂吸附在纳米TiO2骨料表面降低了其光催化能力，防止了有机钙钛矿光吸收材料的紫外光催化分解，可提高钙钛矿光吸收材料的化学稳定性。膜层疏水示意膜层疏水示意柔性分子示意柔性分子示意5. 5. 通过技术创新实现自

38、身价值和成就美好人生通过技术创新实现自身价值和成就美好人生（1/3） 科学研究和技术创新之路历来是漫长和不平坦的，一批富有激情和朝气的青年才俊脱颖而出；又一批昔日风流人物淡出江湖；屠呦呦的忍耐力和生命力比她那个成果更值得我们尊敬，技术创新是持久战。 科技发展日新月异，我们应该不断学习和创造新知识，以科研促进职业生涯发展，以研带学促进创新创业教育开展，不应局限在传授昨天的旧知识，应引导学生用今天的新知识解决明天的新问题。 通过应用技术开发使科研成果转化和造福社会，自然就会得到社会认可和使自身价值体现，也就不再为世俗的评价所困扰。三无教授三无教授屠呦呦屠呦呦去干吧别争论去干吧别争论你吃他的米没？你

39、吃他的米没？5. 5. 通过技术创新实现自身价值和成就美好人生通过技术创新实现自身价值和成就美好人生（2/3） 学校学生社团结合教师科研项目完成了大学生创业计划书，就引起许多风险投资公司的关注，可见社会对新技术成果的渴求程度。 中国每年生产SCI论文30万篇，而发明专利授权才10多万件。目前全世界钙钛矿电池的核心专利只有几件，如果抓紧申请一批相关专利，或在钙钛矿电池配套材料和产业化上做些事情，将来很有可能会分享到一杯羹。 学校一些青年博士和硕士的研究方向已瞄准市场需求进行了重新调整。如果你愿意与太阳电池产业和纳米技术共成长，就有机会站在我们肩膀上让你少走不少弯路，共同成就中国梦。听总理的没错听

40、总理的没错可别和钱结仇可别和钱结仇中国梦你我的梦中国梦你我的梦5. 5. 通过技术创新实现自身价值和成就美好人生通过技术创新实现自身价值和成就美好人生（3/3） 项目组在以下前沿技术研究开发上有较好基础，力图产业化开发的愿望得到合作企业的支持，欢迎加入研究团队和开展学术技术交流。 协同创新中心将为各方提供各种形式的合作良机，不论你的优势是产品技术营销、产品生产、技术开发还是应用基础研究必将因新领域发展而获得成功。 锂电池及电池材料的成功为钙钛矿太阳电池产业发展提供了样板。在事业发展的道路上“方向比努力更方向比努力更重要重要”,我们没有理由再等待什么。序序号号项目名称项目名称1 1钙钛矿电池光吸收材钙钛矿