钙钛矿电池印刷中。全媒体记者曹彦摄
近日，湖北万度光能有限责任公司研制的全印刷介观钙钛矿太阳能电池成功通过IEC61215:2016测试标准，最大功率点追踪超13000小时性能未见衰减，成为通过国际光伏技术标准的钙钛矿电池器件的首次报道。
“如果实行大规模产业化生产，必将成为光电领域的颠覆性材料。”作为新一代太阳能电池技术中的杰出代表，钙钛矿太阳能电池成本低廉、光电转换效率高、商业潜力巨大，一直是各国科学家研究的热点。但有机-无机杂化钙钛矿材料对外界条件如水、光、热和氧的敏感性导致其较差的稳定性，成为制约钙钛矿太阳能电池走向商业化的主要障碍。
“武汉电池”刷新世界记录
“万度光能是英文单词wonder solar（神奇太阳能）的音译，寄托着无限希望！”研发团队感慨，从染料敏化太阳能电池原型研究，到钙钛矿材料引入至太阳能电池中，已经走过三十载。
1991年，瑞士科学家Michael Gratzel首次将染料敏化剂引入至纳米二氧化钛介孔膜中，开启了染料敏化太阳能电池研究热潮。2009年，日本科学家率先将钙钛矿材料用于染料敏化太阳能电池作为吸光材料，获得3.8%的光电转化效率。但是，这种材料不稳定，几分钟后即宣告失败。两年后，韩国成均馆大学通过技术改进，将转化效率提高到6.5%。然而，由于仍然采用液态电解质，导致材料不稳定，几分钟后效率便削减了80%。
液态电解质的钙钛矿敏化太阳能电池存在的致命缺陷，即液态电解质会溶解或者分解钙钛矿材料，可使电池在几分钟内失效。能否找到一种新的电解质材料？为此，科学家们不断扩大视野，创新性地将固态电解质作为空穴传输层。
2013年，通过无数次实验，华中科技大学科研团队发现一种方法能解决钙钛矿材料在光电转换过程中的衰减难题，还能超低成本制备光伏器件——可印刷介观钙钛矿太阳能电池专利技术在武汉诞生。
2014年，国际顶级刊物《科学》刊登了华科团队研究成果，以具有自主知识产权的全新材料体系及三层介孔膜结构制备出可印刷介观钙钛矿太阳能电池，在国际上首次报道光照稳定达1000小时的钙钛矿太阳能电池，这一前沿性基础研究是中国在廉价清洁能源领域取得的重大突破，也是我国太阳能光伏领域在顶级刊物《科学》上零的突破。
2018年，《科学》再次刊登了华科团队与国际合作完成的进展性研究报告，获得第三方公证的钙钛矿太阳能电池的实验室最高光电转换效率达到25.5%，超过或接近市场上占主导地位的晶硅太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池和铜铟镓硒薄膜太阳能电池的最高光电转换效率。
因此，在国际上，全印刷介观钙钛矿太阳能电池也被称作“武汉电池”。
神奇太阳能在鄂州聚能
“这是世界上首个稳定发电的钙钛矿太阳能电池户外示范性试验电站。”在我市梧桐湖新区东湖高新科技创意城万度光能公司的楼顶，公司技术主管盛余松博士介绍，这里100多平方米的光伏太阳能板就是由可印刷介观钙钛矿太阳能电池模组组成，试验电站连接摄像头和网络，向全球直播电站连续发电状况。
“电表实时屏显示的电量，是2020年8月至今部分组件的持续发电记录。”盛余松介绍，当前这种基于印刷技术及三层介孔膜结构的钙钛矿太阳能电池在稳定性方面显示出强劲实力，连续13000小时标准模拟太阳光持续照射后，器件未出现明显衰减，而这一辐照量相当于武汉或欧洲大部分地区13年的太阳光辐照量总和。
盛余松拿一块拇指大小的导电玻璃演示印刷技术及三层介孔膜结构：在玻璃上依次“刷上”三种含纳米材料的“浆料”，第一层是二氧化钛，第二层是二氧化锆，第三层黑色的物质是碳电极，之后再将钙钛矿材料填充其中。经过烧制、填充、烘干，玻璃就“变身”为钙钛矿太阳能电池。
相比传统光伏器件，这块太阳能电池成本更低，也更容易制备。在万度光能无尘净化车间，一块3600平方厘米的导电玻璃从产线一端机器进入，十几分钟后，到另一端出口就被“印刷”成了一块钙钛矿电池器件。
“这块尺寸60×60厘米的可印刷介观钙钛矿太阳能电池模组就可带动一台落地扇正常运转，这也是目前世界范围内报道的面积最大的钙钛矿太阳能电池。”盛余松介绍，电池板尺寸从0.8×0.8厘米试验小片到10×10厘米、30×30厘米、60×60厘米，一块块变大，研发技术向规模化制造工艺一步步逼近，每一步都是从实验室走向市场的有力跨越，“现在1650×992毫米的大尺寸电池板也在研制中，以适应市场需求。”
平价光能将走入寻常人家
“我们已开发了智能产线，目前工厂正在选址中。”万度光能生产负责人介绍，作为第三代太阳能元器件先行者，公司近两年完成的中试产品已经获得市场认可。
“要解放思想、破除藩篱，在最大范围内为这样的‘金种子’企业调配资源，把项目培育好！”万度光能从研发走向建厂量产，市委副书记、市长陈平密切关注，因为培植科创动能，是市委、市政府一届接着一届干的事业。
2016年，恰逢市委、市政府推动校市联姻，市委主要负责人带队到武汉邀请科学家。鄂州渴望科技创新促转型，这与高校、科研院所期冀成果价值能体现不谋而合，华中科技大学鄂州工业技术研究院应运而生，万度光能成为最先进入工研院孵化的企业之一。
“通过创新资金扶持模式，为科技成果转化打通‘最后一公里’。”市委有关负责人介绍，对重大科技创新项目，政府给予50万至200万元资金扶持，还提供“领投+跟投”“参股不控股”等金融服务。万度光能组建之初，政府启动1000万元配套股权投资，支付“333”高层次创新创业人才百万补贴和公司装修补贴，让科研团队拎包入住。
“倍感幸运！”华科团队感慨，从实验室走向市场，遍布荆棘，项目的坚持与成功，离不开国家做强光电信息产业的决心和地方政府推动科技创新促转型的诚心。“钙钛矿太阳能电池‘起得早睡得晚’，只要有弱光即可发电，物美价廉，适用范围非常广，当前一条生产线可达200兆瓦产能。”
“新能源是重要的战略性新兴产业，也是‘十四五’时期我市重点产业发展方向之一。这就有可能是鄂州未来的百亿企业。”陈平说，助推前沿科技成果产业化，为科学家和企业家服务，就是打造鄂州战略性新兴产业和未来产业。