利用钙钛矿材料制备高效率低成本太阳电池 一、项目分类 重大科学前沿创新、关键核心技术突破 二、成果简介 南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授团队瞄准“碳达峰、碳中和”国家重大需求，致力于高效率新型光伏技术的基础和应用研究，两年内连续四次创造全钙钛矿叠层太阳电池光电转换效率的世界纪录，并被国际权威的《Solar cell efficiency tables》收录。 2019年，研究团队率先突破全钙钛矿叠层制备瓶颈，提出新型隧穿结结构，实现了器件制备过程的大幅简化和性能的大幅提升，最终实现了24.8%的光电转换效率；2020年，团队通过材料改性和结构优化实现了大面积叠层电池24.2%的效率。 近期，研究团队提出增强窄带隙钙钛矿晶粒表面缺陷钝化的新策略，叠层电池经国际权威机构认证其转换效率高达26.4%。同行专家高度评价该研究工作“在利用钙钛矿材料制备高效率低成本太阳电池中迈出了重要的一步”。 相关成果发表于Nature (2022)和Nature Energy (2019、2020)等国际顶级期刊，入选“中国半导体十大研究进展”和“中国光学十大进展”，部分技术已实现科技成果转化，推动了我国新型钙钛矿太阳电池的产业化。

CIGS薄膜太阳电池具有效率高，无衰退、抗幅射、寿命长等特点，采用非真空技术可以进一步降低这种电池的成本，预计可达到0.6$/W。 本项目产品结构为：衬底/Mo/CIGS/CdS/i-ZnO/ZnO:Al/Ni-Al；其中光吸收层CIGS薄膜为p型半导体，其表面贫Cu呈n型与缓冲层CdS和i-ZnO共同成为n层，构成浅埋式p-n结。太阳光照射在电池上产生电子与空穴，被p-n结的自建电场分离，从而输出电能。工艺流程：普通钠钙玻璃清洗→Mo的溅射沉积→非真空法沉积CIGS薄膜预置层→快速

本发明公开了一种燃料电池膜电极组件的层合装置，包括：分别沿着不同输送路径输送两组复合膜层的第一和第二输送机构，对两组复合膜层执行层合处理的层合机构，对层合后膜层执行对齐检测的对齐检测机构，以及对齐调整单元；其中第一、第二输送机构分别用于输送对应模切有多个模切框的第一、第二复合膜层；对齐检测机构用于对层合后膜层采集其模切框图像；对齐调整单元根据对齐检测机构所获得的模切框图像，计算其间距值并相应调整第二输送机构的输送调节，从而实现两组复合膜层的对齐及层合。本发明还公开了相应的层合方法。通过本发明，可以使

 太阳能发电是未来可再生能源的重要领域，提高太阳能电池对太阳光的利用效率、进一步提高太阳能电池的光伏效率，已经成为光伏领域的重要课题。太阳能电池的本征吸收层很薄，甚至小于光的波长，使得进入太阳能电池光子的光程很短，成为除材料以外，制约太阳能电池进一步提高光伏效率的重要因素。为了提高光子在太阳能电池本征吸收层中的吸收率，需要研究在降低电池表面反射的同时，延长光子在本征吸收层的光程，实现高效陷光。 本项目基于微纳光学理论和微纳结构加工技术，提出了“低表面反射+低光能逃逸+高效延长光程”的高效超陷光机制，设计了具有“低表面反射率+低光能逃逸+高效延长光程”的高效超陷光结构。利用宽带陷光技术研发的宽带陷光光伏玻璃，在380nm~1200nm波长范围内，具有高于40%的雾度。宽带陷光光伏玻璃基片应用于硅叠层薄膜太阳能电池, 在380nm~1200nm波长范围内，对于准垂直入射光的反射率小于3%. 在AM1.5测试环境下,太阳能电池光伏效率比较没有陷光结构光伏玻璃的太阳能电池相对提高5%。以上。 基于微纳光学结构的太阳能电池高效陷光技术，在太阳能电池、太阳能电池组件封装中具有广泛的应用前景，对于提高太阳能电池及其组件的光伏效率具有重要意义。

本发明属于微纳制造技术领域，并公开了一种无机钙钛矿太阳 能电池，包括导电基底、电子收集层、光吸收层、空穴传输层和碳对 电极层，导电基底包括玻璃基片及两块 FTO 导电层，两块 FTO 导电层之间具有分隔槽;电子收集层包括致密 TiO2 层和介孔 TiO2 层，致 密 TiO2 层沉积在玻璃基片的分隔槽处和其中一块 FTO 导电层的上表 面上。

以轻质高分子聚合物聚酰亚胺（简称 PI）为柔性衬底的 CIGS 电池不但保持着玻璃衬底太阳电池的一些优良性能，同时还具备不怕摔碰、可卷曲折叠、在制作中可按要求剪裁等特点，具有更广阔的应用前景。PI 薄膜不吸水、绝缘性能好、重量轻（70g/m2）、厚度薄（仅为 0.05mm）、表面光滑及可弯曲等特点，是高功率重量比太阳电池的首选衬底材料，其功率重量比可高达 2000W/Kg（未封装），并且由于PI 衬底 CIGS 电池可实现大面积卷－卷（Roll-to-Roll）连续化生产，为进一步降低光伏电池成本开辟了有效途径。通过研究低温生长CIGS 薄膜中 Na 掺杂对材料生长及器件复合机制的影响，改善了器件光电性能。柔性聚酰亚胺（PI）CIGS 太阳电池大面积单体电池 2cm×2cm 与 4cm 4cm×4cm 柔性大面积 PI 衬底 CIGS 太阳电池效率分别达 8%与 7%（由中科院太阳光伏发电系统和风力发电系统质量检测中心鉴定）。 

产品详细介绍

针对金属矿山应力测量和声波探测中存在的关键技术问题开展研发，主要技术内容如下：（1）在工程实际中应用了岩石声发射测量地应力波形识别新技术；（2）研发出光弹性应力监测图像识别技术及数据分析方法及设备；（3）研发出岩体结构稳定性的声波探测技术。为我国金属矿山普遍存在的采矿回收率低、地压控制难度大等相关技术难题的解决，提供了有力的技术手段。该成果获江西省科技进步二等奖 1 项，已在国内 4 家矿山企业应用，实现产值 5.45 亿元。 

橡胶与金属热硫化粘合剂应用于汽车工业、机械工业等领域中橡胶-金属复合制品 及零部件的制造。传统热硫化胶粘剂多为溶剂型产品，含有毒有害的酮类、氯化溶剂、 芳烃溶剂等，且常采用对人体及环境都是有害的重金属盐成分，而环保水基型产品被国 外公司垄断，国内尚属空白。 本项目产品为高性能水分散型环保产品，粘接强度高、耐高温性能好、施工工艺简 单，各项指标均达到国外同类产品先进水平，打破了国外公司的技术与产品上对国内的 制约。 本项目团队同时开发完成以及正在开发许多用于新能源（太阳能及 LED 等）、汽车、 电子电器等先进制造业用各种胶粘剂及新材料项目。在新材料的产业化开发方面拥有较 雄厚的实力。

目前重金属及含砷废水的处理是世界性难题，缺乏有效的处理技术，尽管生物法、电解法、混凝、吸附、反渗透技术等能达到一定的处理效果，但存在处理成本过高、能耗大 、操作困难、易产生二次污染的问题，难以被企业接受。本项目针对混合重金属废水处理成本高、出水难达标的难题，基于纳米铁(nZVI)的核壳结构理论，合成一种经济高效、协同去除废水中多种金属的高活性铁基材料，即结构态羟基活性亚铁（SRF），具有大于传统材料10000倍以上的比表面积和界面反应活性，它具有纳米铁的反应活性，但是克服了纳米铁昂贵的成本，对废水中的重金属离子具有高效网捕功能。但避免了表面钝化、团聚带来的nZVI活性降低、颗粒增大、反应效率低的问题。SRF是无毒、无害、无污染的绿色试剂，通过吸附、还原、共沉淀的方法去同步除水中的重金属离子和砷，而且适用pH范围广，产泥量少，成本低。能广泛适用于各类重金属工业废水处理（如冶金、电镀、化工、电路板、皮革等行业产生的重金属废水），并有利于实现金属资源化利用，具有较好的市场前景。 课题组相继承担国家级项目（863计划项目3项、国家自然科学基金2项、国家科技支撑计划2项）和省部级项目（上海市、教育部、江苏省）二十余项，并获得上海市技术发明一等奖一项，上海市技术发明二等奖一项，中国国际工业博览会创新奖一项。目前拥有难降解工业废水处理处理及相关领域发明专利十多项。课题组目前主要研究难降解工业废水深度处理相关课题，在金属废水处理方面，已承担自然科学基金项目“纳米铁壳层物种反应活性及原位矿物转化同步除砷机制”。 市场前景： 近年来我国经济快速发展，工业布局、产业结构没有明显改善，工业生产工艺、污染治理水平没有有效提高，全国涉重金属重点行业产能产量持续增加，重金属污染物排放量（铅除外）仍在增加，一些污染物排放量增幅还很大（汞增幅为26％）。我国重金属污染较为严重，主要体现在以下两个方面：一是重金属污染物产生和排放量大，根据第一次全国污染源普查结果，2007年全国废水中铅、汞、镉、铬、砷等五种重金属产生量为2.54万吨，排放量近900（897.3）吨。大气中上述五种重金属污染物排放量约9500吨。列入国家危险废物名录中含上述五种重金属的危险废物产生量为1690万吨。再一个是重金属污染的危害是影响较为突出，重金属土壤污染会导致农作物中重金属超标，从而影响人体健康；一些地方由于重金属的大气污染或水污染导致人体健康受到损害或威胁，对群众健康造成了严重威胁。据统计，在2011年1到8月，全国发生了11起重金属污染事件，对周边生态环境的影响范围之广、对民众生命健康的危害之大，引发了社会的高度关注。 环境污染事故的发生也多为工业污水事故，为了有效地改善水质，中国每年用于水资源保护项目的资金近千亿元。传统的水处理工艺很难满足水处理方面的要求，新兴的污水深度处理技术在价格与处理效率上存在一定的缺陷，开发成熟廉价的污水处理技术及其配套产业设备等具有广阔的商业市场。目前市场上存在多种应用于工业金属废水处理的技术手段，深度处理技术种类多，没有形成一种主导的技术手段，所以废水深度处理领域具有强大的竞争优势。而且，重金属废水处理系统工艺复杂，运营成本高，废水中重金属含量超标，不能达标排放，排到环境中污染土壤和水源，有价值的金属白白流失，难以回收，废水处理产生的重金属污泥成为危险废弃物，处置要求严格花费高。因此，开发技术成熟、成本低廉的金属废水处理技术具有广阔的应用市场，且市场需求大，进驻门槛低。本项目研发的多羟基亚铁材料技术，具有技术成熟，投资、运行成本低等优势，高效处理重金属以及含砷废水，广泛适用于各类重金属工业废水处理，回收重金属，实现循环经济与清洁生产，在重金属废水深度处理领域具有强大的竞争优势。