2018年诺贝尔奖预测：钙钛矿太阳能电池会夺奖吗？

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据估计，钙钛矿太阳能电池有望夺得2018年诺贝尔物理（physics）学奖。

众所周知，诺贝尔奖(The Nobel Prize)，是以瑞典著名的化学家、硝化甘油炸药的发明人阿尔弗雷德·贝恩哈德·诺贝尔(Alfred Bernhard Nobel)的部分遗产(3100万瑞典克朗)作为基金在1895年创立的。 在世界范围内，诺贝尔奖通常被认为是所颁奖的领域内最重要的奖项。

诺贝尔物理学奖——2018年10月2日公布

19世纪，俄罗斯矿物学家Lev Perovski在俄罗斯乌拉尔山脉发现一种矿物——钙钛矿，由此，钙钛矿材料是作为一种具有与钙钛矿相同晶体结构的材料出世。

2009年，日本桐荫横滨大学的宫坂力（Tsutomu Miyasaka）教授和他的同事首次提出在太阳能电池中使用钙钛矿材料。在无数次实验下，其太阳能转化效率由3.8%升到了超过20%。

当前市场上占主流的太阳能电池以硅和碲化镉为材料，达到目前的转化效率历时10多年;而钙钛矿只花了短短4年时间的研究，为目前市场上太阳能电池转化效率的2倍，能大幅降低太阳能电池的使用成本，具有优越的光吸收特性、带隙可调、载流子寿命长、迁移率高、制备工艺简单、成本低廉等优点，成为光伏领域的研究热点。

但是钙钛矿太阳能电池仍然面临诸多问题：

一是光电转换效率还稍显不足；

二是作为钙钛矿(如：甲胺铅碘(MAPbI₃))太阳能电池的核心部件有机电子传输层(如：C60、PCBM等富勒烯及其衍生物)的热稳定性差，且无法阻挡金属电极在MAPbI₃中的扩散；

三是有机电子传输层成本昂贵。

经过长期的研究，固体所研究人员利用金属钛(Ti)取代有机电子传输层，设计出钙钛矿太阳能电池(ITO(阳极透明导电玻璃)/PTAA(有机空穴传输层)/MAPbI₃/Ti/Cathode (阴极金属))结构。

反式ITO/PTAA/MAPbI₃/Ti/Cathode结构的钙钛矿器件示意图 

该研究成功提升钙钛矿电池的光电转换效率到18.1% ，成为目前金属材料与钙钛矿层直接接触器件所达到的最高效率，也是足以媲美传统PCBM作为有机电子传输层的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。此外，与有机电子传输层的制备条件相比，Ti层的制备和成本更为简单与低廉。

 图3. 阴极金属不同的钙钛矿器件电流-电压图 

至此，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所李新化课题组与戴建明课题组合作开发的新型无有机电子传输层的高效钙钛矿太阳能电池成功出世。

近期，由德国波茨坦大学的一个研究小组已经成功确定了钙钛矿太阳能电池中限制效率的决定性损耗过程。成功地减少了界面复合，从而将1平方厘米大小的钙钛矿太阳能电池效率提高到20%以上。

9月27日，英国钙钛矿太阳能公司-牛津光电科技公司(Oxford PV)表示，其和牛津大学之间的合作伙伴关系已获得英国政府拨款500万英镑(660万美元/560万欧元)，用于开发一种能达到37%的效率和长期稳定性的薄膜多结钙钛矿太阳能电池，这是一个为期五年的研究项目。

可以预见，突飞猛进的钙钛矿太阳能电池，无疑给太阳能行业增添了一笔巨大的财富。那么，今年的诺贝尔物理学奖能否落到钙钛矿电池头上？您的看法如何？

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