面对日趋严峻的能源短缺和环境危机，发展以光伏发电为代表的清洁能源技术刻不容缓。由于传统的晶硅电池成本依然较高，使得光伏发电在社会整体能源结构中的占比仍然很低，正面临降本增效的瓶颈。因此，亟需开发研究高效低成本的新型太阳电池技术。卤化物钙钛矿材料因带隙易调、激子束缚能低、载流子扩散距离长以及低成本可溶液法制备等优点，在光伏领域展现出了巨大潜力。钙钛矿太阳电池自2009年发明以来，经过15年的发展，光电转换效率已从最初的3.8%迅速提升至目前的26.1%，被视为未来最具降本增效潜力的新型光伏技术之一，引起了学术界和产业界的广泛关注与研究。大力发展高效稳定的钙钛矿太阳电池可为实现双碳目标提供重要支撑，具有重要的研究价值和意义。

沙龙对钙钛矿太阳电池的发展历史、研究现状、产业化状况和发展趋势做了深入交流探讨。

曾一平 （半导体所老科协理事长 研究员 主持人） 

各位领导，各位同事，下午好。今天我们再次欢聚,举办半导体所分会2024年的第一次学术沙龙。春光明媚，大家知道我们的学术沙龙是给老同志提供一个发挥余热的平台，老有所为，老有所乐。我们希望能够通过这样的沙龙，也能为半导体所乃至国家的科研事业提供一点点添砖加瓦的作用。今天很高兴，我们请到了院老科协副理事长赵震声研究员，还有我们大家熟知的老科协副理事长，原半导体所党委书记陈树堂，还有院老科协办公室主任黄玉萍。当然我们老科协分会始终得到半导体所的鼎力支持，今天冯书记依然是亲自到场，鼓励支持我们的活动，感谢。

今天主旨报告是有关光伏新技术，实际就是太阳能电池。大家知道太阳能电池是从多少年前，也许多少年之后，可能仍是比较长久的持续的一个热门话题，因为能源话题，特别是太阳能可能是人类梦寐以求追寻的一个很重要的课题。

今天由半导体所年轻的研究员游经碧给大家做报告。大家都知道游经碧虽然年轻，但是在钙钛矿太阳能电池研究领域已经深耕多年，应该说现在在国际这个领域里也是知名学者了，他们曾经多次打破了钙钛矿太阳能电池的转换效率世界纪录。我们今天期待游经碧给我们一个精彩的报告，和大家分享在太阳能新领域里的一些成果和未来的发展。好，我不多说了，下面请游经碧给大家做报告，再次感谢。

曾一平：非常感谢游经碧老师给我们做了一个在钙钛矿领域的非常精彩的报告，大家可以看到，报告不仅从从机理上做了深入浅出讲解，也对未来的产业化进行了论述，下面我就不多说了，我们也不休息了，大家中间如果需要的话就自行休息一下，我们进入第二个环节，大家交流讨论。好的，请大家发言，谁首先发言？

余金中：首先我是来学习的，我觉得今天学了很多东西，有很多的提高，但是我同时想再学习的深一点。

第一，你今天没有讲到钙钛矿这个材料最后生长出来的是一种晶体结构还是多晶结构，还是什么样的结构？第二个问题，它的禁带宽度是多少？因为对于太阳能来说，它的光谱是从红外、可见光到紫外，硅作为太阳能电池只吸收了一部分，那么宽带的部分它不吸收就浪费掉了。钙钛矿是不是在这方面弥补了它的损失。第三个你讲到多层结构，我知道的多种材料的多结太阳能电池，比如说锗上再用硅，用镓砷/铝镓砷、氮化镓等等这些叠层，现在已经做出效率达到48%，而且已经做成产业。

在青海有两个电厂都是很大面积的，一个是62兆瓦，一个是60兆瓦，但是既不是多晶硅的，也不是钙钛矿的，与这些相比，将来在后面多结太阳能电池上会有什么样的发展前途。我最感兴趣是最后你也讲到了一个问题，要走产业化，这个难度很大的。因为我的实验室可以做的效率相当高，太阳底下一晒一污染，它可能退化，10万小时，一年是8800多个小时，10万小时能够做到12年，所以能否在时间上更长一点？最后我一直没听到你讲它的经济对比，就是现在钙钛矿，比如说同样的一个电站，所做出来的和硅、多晶硅，这些材料，还甚至于多结太阳能电池在价格上有多大优势？我真的是来学习，你看我一直在记笔记，我现在听报告记笔记还不是那么多的，我一直在记笔记，我觉得学了很多东西。这些问题，为什么呢，我在教半导体光子学有专门一章讲太阳能电池，我有个学生在青海做了两个电站，一个62兆瓦，一个是60兆瓦，因此在这个方面我一直很关注的，我希望你比他们做的更好。

游经碧：谢谢余老师的深入提问。第一个问题我们刚才没有介绍清楚，钙钛矿形成都是多晶的，它大概100个微米，这个是100层一个微米的厚度，但是它实际上是一个聚状晶，它从上到下是贯穿的，但是也有可能它有两个晶粒形成，但是大部分情况从上到下是贯穿的，它只是说在平面方向上是有晶界的，大概是这样。

您的第二个问题是钙钛矿的带隙大概是多少？现在它的带隙是1.5左右，就是说它对光子的吸收在带隙的范围内，它的能量及效率基本上除了玻璃面的反射损失，量子效率能到95%左右，基本上是一个矩形，就是一条平线。从这一段这边是要平，没有过多的紫外或者带边的部分损失，带边地方可能没有什么陡峭，主要原因它是一个多晶材料，它这地方有一些缺陷，如果是一个单晶材料的话，它的带边是非常陡峭的。这是您的第二个问题。

第三个问题就是多结电池，包括我们传统的三结电池，镓铟磷、铟镓砷，我记得不太清楚，它应该是0.7，这个可能是镓铟磷/镓砷这三结的电池，那么镓铟磷的带隙是两个电子伏特，这三节电池一个0.7，一个是一点几，一个是两个电子伏特的，主要就是三结电池。这个已经非常成熟的，包括我们的多结的四结五结的聚光电池在某些场合都会用到，传统的卫星上面都是三结的多结电池，效率是30%，无机的半导体是非常成熟。对于钙钛矿的叠层电池，我认为还是属于一个探索阶段，已经连续两期国家重点研发计划去支持钙矿和晶硅的叠层电池项目。隆基是一个比较大的光伏企业，硅做的非常好，它的硅的电子效率目前世界上最高是26.8%，最近有27.17%，但是它做晶硅和钙钛矿也只能做到33.9%，这33.9还是一平方厘米，如果把它扩展到晶硅尺寸，可能现在最好的晶硅全面一次性的效率稍微高一点点，效率水平大概是28.9，这方面还有很长的路要走，和建电站还有比较大的距离。

最后一个问题就是你说的稳定性，大家看电池稳定性的问题就是我刚才介绍的，包括我们项目的研究要达到1万个小时的稳定性。我们考虑的是每天平均在一个太阳光光照情况下的时间，去掉晚上的时间，去掉过半的时间，综合的效果就是一年比较好的地区，太阳光照1500个小时左右，如果你有1万个小时寿命，假设不考虑其他的一些额外的恶劣条件的话，实际上有6年左右的寿命，大概是这样。

另外还有钙钛矿可回收的经济成本，当然钙钛矿还处于一个比较初期阶段，主要考虑原料成本和制备工艺成本和材料成本，初步估算是晶硅的1/3，但是太阳电池站是比较复杂的，它还包括其运营的成本，包括一些逆变器成本等等其他的成本，所以现在还没有非常明确的经济方面的数据。另外还包括它的全生命周期到底能发多少电，因为你只发了一年的电，晶硅发25年还是有很大的差距，这是我个人的考虑。

余金中：钙钛矿既然是非晶，你能说出来它的带隙宽度是多少？

游经碧：它是多晶。

余金中：多晶的，就是它主要的带隙是多少？

游经碧：1.5ev。

余金中：因为多结太阳能电池，现在我所知道的是用在锗上，锗是只有零点六几的的电子伏特，你在上头加上硅的话，就是说一点一电子伏特，加上砷化镓的话，1.46电子伏特，加上氮化镓的话就可以达到四点几个电子伏特，然后整个太阳能光谱的范围，刚才说的这几个材料就会覆盖掉了。所以为什么用多结的，但是这些层的话有一个很大的问题，就是反向结的问题，因为PN结构，pn结一定有个跟P反一样的结，你将来要走多结太阳能电池，反向结隧道结的问题怎么解决

游经碧：实际上就是您刚才说的反向结，因为它的隧道结实际上就是一个p和n等重掺的区域，如果是重掺的比较好的话，我们现在很严很好的欧姆接触的话，实际上可能会反向结的现象没有那么明显，所以对于钙矿和晶硅的叠层也遇到隧道结，但是它的隧道结用的是IPO，就是透明导电的，包括掺铟的东西，另外一个成分是传输的电荷层，所以它中间有一定电阻，它的隧道结的效果可能没有传统半导体的重掺的效果那么好，可能会有一些这样的效果，但这是后面的进一步优化的方向。

余金中：现在已经做成了钙钛矿太阳能电池的电站吗？

游经碧：有一些示范电站

余金中：示范的最大功率达到多少？

游经碧：最大的可能10兆瓦左右。

余金中：我刚才说的三结太阳能电池，但它们有一点复杂，我最早去青海，第一次看到多结的，因为多结除了效率很高以外，它的制造成本很高，因此不得不再加透镜聚焦，还要控制透镜来回移动，让聚焦点随着太阳转动都照在半导体的片子上，带来好多的困难，所以你预计将来它主要是以平面发展为主，还是往多结方向发展？

游经碧：其实我个人一直认为钙钛矿的发展应该是先单级，再多级，因为多级的尽管效率高，但是它有更多的问题，包括你说的跟踪的问题，以及它在不同时间段的窗口匹配问题。

余金中：谢谢你，我学了很多东西，我现在感觉了解很多，谢谢。

钟兴儒：我讲一点，我以前没有这个知识，里面是生活文化。我觉得这是一个颠覆我们传统概念，多晶的乱七八糟结构，既没有完整的晶体，没有讲大概能带多宽，所有的结构都是硬的是吧？当然也有些硅的，因为我一点都不懂，甚至是连标题我都不能理解，钙钛矿，这矿是挖出来的，它是这种名称对吧？你合起来钙钛矿，我都不能乱扯的，但是按照我们传统的半导体观念，严格的话是对的，我觉得从你的报告它也是很重要的。严格的化学规律，完整的晶体结构，我觉得你应该向这两个方向去努力，会不会有一个重大突破？

游经碧：好，谢谢您。

吴晓光：你这个材料在这方面有铅？有碘？世界上其他国家也有一些科学家在尝试着，但是他们做的钙钛矿没有这些铅、溴、碘这些东西？我的第一个问题如果想把它们去除了，成本会大幅上涨，还是说并没有太大的变化。还有一个问题有铅有溴这些东西，微电子里这些东西不让用？那么在钙钛矿材料里有这些东西情况下，国外他们也有很多研究？全世界真是到处都有，您这已经是中国做得最棒的最新的？他们和咱们国家做这些东西的科学家，对这一方面是出于什么样的想法。我听说申请国家南方产业种植园的时候，申请人谈他们的想法，说国内有一个可回收机制。但是说实话我不太相信，因为可回收这东西，就相当于把责任推到老百姓？不太可靠，我就想听听你的看法。

游经碧：谢谢吴老师的问题，铅实际上是一个非常神奇的元素。钙钛矿，我们实际上前期因为也有一些项目，大家发展方向就是铅，大家比较关注能不能实现非铅。从目前他们的机器原理计算，几十万的铅好像必须要，因为铅实际上决定了它的能带结构，决定了它的电力半导体特性。但也有一些锡，就是把铅换成锡，它的性能就差很多。另外就是大家关注环境铅的污染的问题。现在有一个说法，实际上硅太阳能电池里面也有铅，硅的焊带里面它是一个铜铅的焊带，它的一个组件里面大概有12克铅，钙钛矿里计算大概是两克，稍微少一些，欧盟规定的标准含量小于1%就行，晶硅的标准是满足的，对于钙钛矿来讲，两克已经比较少了，因为它本身膜比较薄，不像焊带那么厚的一层，但实际上更关注铅是可溶性的，就是钙钛矿的铅是可溶性的，它允许，尽管我们大家去争论，但它确实有它的问题，谢谢吴老师。

余金中：我有一个题外的问题，我一辈子干科研，但遗憾我没发表过一篇Natrue和Science的文章，没这个能耐。你到底发表了多少篇，我已经看了你很多篇了，你为半导体所争得了荣誉，我特别看重你，你一共有多少篇Science和Natrue的文章？

游经碧：余老师，因为这是一个比较新的领域，大家都比较关注，相比传统的半导体来说是容易很多。

余金中：你好多篇哪。

游经碧：我们做在这方面还有一点点工作，谢谢。

俞育德： 我建议，你们也应该关注一下，将来做一些空间材料分析，现在已经有人在分析这个，我跟韩老师昨天还一块评一个项目，他芯片中用的太阳能电池，台湾产的，也是晶硅的，效率也不太高，但是成本低，因为用镓砷或者三结的太阳能电池，原来咱们宇航用的电池是200万一平米，然后用硅的，申请项目说了，他要做到2万块钱一平米，所以这个成本不一样的。如果你们比晶硅的再少，200块钱，大家可以分享，作为一个数据，现在价格问题对项目申请会有好处。另外一个可能就是将来的产业化，我们这个也不是太确定，但是错过这个风口，你再去追就不好了。

游经碧：是的，谢谢，谢谢你。

郑红军：您好，我们在座的很多老师应该回忆一下，2021年，我们老科协曾经请过游老师给我们做过这方面报告，其实当时大家也都问过了，我们在这方面也得到了很多的启示。现在来讲，回忆一下我们半导体所都是做光电材料的，是吧？过去是硅，我们半导体所来做，后来是砷化镓，我们做的一些材料大约都是为III-V族的材料或者还有很多IV族的材料。今天听了你的报告，我觉得刚才钟老师讲的情况都有，确实我觉得也需要很多努力。但是我知道，还有很多地方都可以向你学习。我琢磨了一下，你所用的这些有过渡金属的，也有IV族的，刚才几个老师也讲了，比如你讲的磷碘锡，还有用的铅这些元素。我感兴趣的这些不同元素，不同化学和物理性质的材料，也是用熔融的方法进行生产。是这样的吗？

游经碧：溶液的办法。

郑红军：溶液的方法？液相法，比如说，我们也有一些通过液相到固态的相变过程，结晶过程。

游经碧：它也可以这样理解，液相到固相的转变，有没有看到一个过程，实际上就是从液相往固相走。

郑红军：实际上刚才的就是溶胶凝胶法，是不是？就像刚才钟老师说的，我特别感兴趣，他说既然现在都是薄膜，还是多晶对吧？它有一些晶粒是吧？那就不是单晶，那就是短途有序的一些，对吧？如果要是单晶的话跟硅比，如果要做一个结构，它的优势跟它转化效率不是很高吗？

游经碧：应该会。单晶主要是对我们的挑战，在某些情况做出来的单晶也是受限的，或者我们这里有一些析出，它们能析出一些单晶，但是现在单晶面积都比较小，很难做到大面积，即使找到比较大的，也比较难加工。所以我想反正是这样的，只能说我们尽可能的去做，如果需要一些单晶的话，我这里可以提供准单晶的薄膜材料。

郑红军：这就像我们长晶体一样，在这个过程中，如何对工艺参数做一些匹配，或者对里面的一些生长热场设计做一些调整，可能也是推广的方向，我希望这个方面能有一个新的突破。这样的话如果是单晶的，晶体结构有序，对我们未来光电转换也是有好处的，我相信游老师也知道，刚才大家讲的也是一种希望，这部分能够提供市场。刚刚你也讲了，从目前来看它的转换效率和硅比较相似，另外它的成本仅三分之一，也具有它的优势，现在我们可能还存在一个多晶的状态，如果我们在单晶上有一个新的突破，其中的转换效率也许很好。好，非常感谢，

江德生：有两个实际的问题，可能是我们过去老的概念，主要是钙钛矿材料，就怕它里头有铅，铅有污染，是不是？我看这里头有铅。

游经碧：是，有一些起初就有铅，它在A上面b的位置就是铅，就是有铅。

江德生：还有一个问题，现在好像单晶硅的质量和它的成本都有了提高。在钙钛矿的推广方面有没有什么问题？

游经碧：好，谢谢江老师，第一个问题就是铅的问题，可能绕不过去，它必须有铅，就是我讲它的优异的关键特性就是必须要有铅，但是铅的含量在可以承受的范围内。第二个你介绍说规模质量，大规模生产，硅晶材料经过核心竞争，导致硅电池成本急剧下降，从原来几十块钱一瓦到目前这几毛钱，那钙钛矿还有什么优势？我想因为装机总量也在不断增加，我们这一块有些更加有优势，它的成本比晶硅还是有一定的优势。

赵柏秦：游老师两个问题，一个就是刚才说到寿命。钙钛矿的寿命按您说的，现在您做的最好的大概是1万个小时？我想问一下寿命是因为什么做的不好，比方说半导体经常讲，比如有缺陷或者有什么，它的寿命可能就会受影响，对于钙钛矿来讲是它的工艺制作过程，还是说因为它是有机的东西，时间长了它会老化？还是什么其他的原因，包括刚才您说1万个小时是指光照时间，1万个小时，是不是说如果没有光照的话，它的寿命就可以长，材料本身就会变化。当然这是一个问题，另外一个就是您刚才讲做的方法，实际上是用溶液的办法，我想这个材料是不是做成柔性的东西特别好？做一个随型的东西，比方说咱们就胡思乱想一下，汽车的表面如果涂覆上这个东西，是不是可以车外头走着就直接充电。

游经碧：两个问题，第一个问题就是说钙钛矿衰竭，最大的最核心的问题就是因为它是abX3，x为卤素的移动，它是一个离子基的，就相当于它是个负电荷。在电场的运动下它都会发生问题，移动的通道主要是通过晶界和缺陷，这是它衰减的一个最为重要的原因，这个可能也是它们本身的问题，它的激活能非常低，只有零点几电子伏特，基本上比较容易偏离它的原先晶格的位置，这是它的平均本质。第二个问题确实我们没有解释它的优势，低成本，还有一个就是它的柔性，因为它是溶液法低温方法生长，所以它可以在一些塑料衬底上去制备，这是它的一个出彩，就是他们说的亲子可穿戴的东西和这点，第三个是一个重要的方向。

赵柏秦：如果这样讲的话，实际上不光是一个日照的事情，可能是不是包括高低温，温度对它的老化影响也会有。

游经碧：我还忘了回答你关于光照的问题，没有光照的黑暗和白天的时候，它有一个特点光照一段时间它衰减，但是放到暗场它就会回去。看它的晶格弛豫偏离了原先位置，它在暗场能够恢复弛豫的过程，这也是它的寿命不可预测的比较大的问题。

赵柏秦：对，所以接着刚才说，如果光照对它有影响的话，温度是不是对它也有影响？

游经碧：都有影响。

赵柏秦：如果是高温的话，高温下和低温下完全是不一样的。

游经碧：对，是的，只要有能量的刺激都会有影响。

赵柏秦：好，谢谢。

李桂荣：游老师。我有一个小问题，钙钛矿材料没有接触过，但是今天提到的很多东西听起来很亲切，包括从材料、器件结构设计，从传输还有界面带间等等的一些东西，但是不同的是，我发现钙钛矿这个材料，它是化学方法生长的，是吧？ 从nip到pin这样一个反型结构，在这样一个结构里，你们有一个材料的突破，加一个氧化镍，对不对？因为你提到了它是1~2个纳米的氧化镍，那么化学方法是怎么实现1~2个纳米这样一个薄层结构的呢？我很好奇。

游经碧：我刚才介绍说1~2纳米不是一个面，是一个有机薄层，单独的有机薄层，如果看过一些化学结构，包括金纳米，它表面形成一些点，金纳米的表面是分散的，组成一个台面的东西，它能够组装的非常明显，实际上它到底是不是一个连续的薄膜呢，不一定是，它就是一个化学结合，包括比如说材料的衬底表面有一些羟基，实际上你很难说这个羟基有多厚，它主要是一个组装的分子在这后面，只是把它表面的特性改性了一下，我们肯定它的厚度是1~2个纳米，但是真正的厚度可能取决于它链的长短，就是分子链的长短。

李桂荣：我明白了，实际上是一个模型，类似于这种解释的模型。

游经碧：要去测呢，可能也能测出来，严格来讲，测量能测出来，它现在为什么是有一些材料呢，有一层可以是需要它的。

李桂荣：你刚刚说这个厚度和链的长短有关系，这个方面有实验支撑吗？你说这个过渡层，链的长短和厚度有关，链的长度长厚度会厚，这是你们发现的还是？

游经碧：对，是。它实际上是一个聚合。当然，它们在小分子材料上，组装过程中有些程序，有些聚合，它都会像其他形式一样存在，像这样的面，我们叫他交联。

李桂荣：实际上是一些团簇。原子或者分子团簇或者它们的交联，对。我还有一个问题，我们原型器件一直到现在产业化，我听到很多次提到材料的稳定性，现在电池的效率已经提高到比较高的二三十，未来发展的话，你觉得材料的稳定性从哪个角度考虑？比如材料生产上，比如后期退火或者处理上，或者有没有一些新的方法，有可能找到一个突破方向。因为我看到这是一个非常好的材料，但是可惜的是稳定性的限制，它很多方面受限。

游经碧：我个人认为它的生长工艺还有它本身的结构，材料的结构问题是最重要的，与生长方法和工艺制备没有太强的关联，但是单晶多晶，它的长期稳定性，它的本身稳定性，它的组成的因素是最为重要的。

韩培德：我说一下，现在晶硅有绒面，到底是对钙碳矿旋涂好吗？还是不好？

游经碧：用旋涂肯定不行，比较麻烦。另外物理设计行为在一个总的层面，目前没有。

韩培德：那就是说，如果我要用钙钛矿的话，是不需要这个。

游经碧：钙钛矿不需要，但是一个问题，晶硅它本身的集电效率受到限制，所以它可能提供的电力就会有问题，是整个光谱里面的红外扩散问题。晶硅的绒面能够提供40的电流，非绒面变成平均的就36，那么叠层的话怎么办。就是因为它要用电流平台，或者就是晶硅的效率可能降低了。

韩培德：但是你要去怎么讲，如果这个界面还会产生反射的时候，有没有变化？如果这个界面不产生反射，因为可能你有平面，如果平面价的话，它在收集这段距离，我本来要走高高低低的三线，那么现在频段收集的效率就大大的提升。

游经碧：它只影响收集效率，其实它电流还是受限，收集效率可能就变少。

韩培德：换句话说，比如我们下一步想建议人家再做一点点，你也可以专门用咱们刚才提出的优势，用锗，用这个砷化镓，就是用锗衬底的来做。对，这是设计的状况，还有一个最低再涨一点，III-V族会作为一个过渡层，然后形成三结，现在往宽带发展。

游经碧：主要的问题就是它在工艺上是行的，所以你想假设钙钛矿在中间，钙钛矿是低温的，你在上面再去长一个宽带隙的，钙钛矿只能在最顶上。谢谢大家。

王晓亮：国内你做的最好，而且我印象就像那个曲线是吧？在国际上工作也是非常好。我这里有一个问题要请教一下，你讲钙钛矿特点有三个，一个吸收系数大，一个扩散长度大，另外一个就是缺陷的，或者电子空穴复合率也小，从这几个特点看到它的效率比较高。这里面我记得的你做的 PIN结构，通常太阳能电池都是PN结。可以看到，其实PN还有空穴电子区，光照以后，可能空间电荷区比较窄，有一部分光是被吸收的，变成电子空穴对，另外大部分越过中心区域，不在空间电荷区的时候，电子空穴要靠扩散到达具体边界。那是一开始，但是如果是一个pn结构的话，中间是空间电荷区，两边也是吸收的，是这样的是吧？而且光子的吸收，大部分要么它产生电子空穴对，或者是不能吸收的。如果空间电荷区很长，对效率有好的影响，这样手段可能比传统的有改变，是一个不一样的特点。另一个问题，电流越大电势越大，是吧？那开路电压越高，这样的话就可以提高单结电池的效率。提高单结太阳能电池效率。然后增加开路电压，到底能增加多大，或者换说就是单结的电池效率现在要进一步提高，大概有多大，从哪方面提高？这是第二个问题。第三个问题就是回到叠层太阳能电池上，叠层太阳能电池，钙钛矿太阳能电池怎么再能和别的电池对接起来？钙钛矿是多晶材料，因为叠层的时候，一个是它温度的问题，您说下回要叠层的时候，是硅、砷化镓、铟镓磷，另外再加上用镓砷氮。如果要叠层的话，有没有考虑结构的优化，效率提高工作的开展，对哪些现有的、完善的材料有可能性。另外还有一个概念不太清楚，您说咱们钙钛矿是有机半导体。

游经碧：有机无机杂化。

王晓亮：我就有个疑问，有机半导体和无机半导体区别到底在哪里？因为有机材料这块，对有机物还有碳氢氧的，对吧？这里面钙钛矿的碳就没有，有机半导体和无机半导体在这里差别在哪里？谢谢！

游经碧：第一个问题，传统太阳能电池产品是PN结，我们这个是PIN结，即使是PIN，它实际产生载流子以后，它还是电子和空穴，它定向运动，如果扩散长度不长的话，它运动过程中的电子空穴的关系，有陷阱或者什么，有些就会复合掉，所以在这一块还是有要求的。

第二个问题 从PIN结和PN结来看，太阳能电池的PN结，它是有内建电场实现电荷的分离。钙钛电池它是PIN结，它的分离主要是靠两端的n型和p型材料的能级差别，一个是p型的价带一个n型的导带，它的能级差别形成类似的内建电场， i层它自己形成欧姆接触，一个是要把它搞得比较接近，一个是要价带接近，否则的话就会损失很多的电荷，电压的损失。如果离得太远的话，即使你电荷数量很好，但是它实际上已经偏离了极限。所以设计的原则就是尽可能的让 n型材料和它的导带比较，那一种排布比较好，建议P形材料和它的价带排布比较好，这是一个比较理想的体现，它是单节电池，即使你把这些都排得很好，它也会有这样的损失，理想型的 s67现在0.28电子伏特的左右。这是您的第二个问题。第三个问题，您提醒一下。

王晓亮：第三个问题，晶格失配

游经碧：第三个问题它的晶格失配，在这种包括有机或者有机无机杂化的溶液法生长材料，其实我们很少考虑晶格失配，因为不管怎么样，它很难形成和衬底有外延的关系，它或多或少都有缺陷，怎么样通过一些方法和手段，尽量减少界面的缺陷，不管我们在IPO玻璃上去长，还是在晶硅上面去长，都考虑较少，但是这可能也是一个埋底界面的形式。

第四个到底什么是有机半导体，什么是无机半导体，具体讲，一般认为有碳氢或者有π键的共轭的那种，可能就叫有机半导体。我们这种原先的有机无机杂化实际上是比较宽泛的概念，较早期的有机无机杂化，包括氧化钛和一个有机材料，一个n一个P两个膜系共同一起的叫有机杂化，钙钛矿严格来讲应该叫有机无机杂化，这在一层既有有机也有无机，它就叫有机无机杂化。谢谢。

曾一平：今天我有几个不同角度的问题，先一个小的学术问题，因为是多晶有那么多缺陷，但少子寿命还很长，少子寿命在什么数量级？几个微秒？你看砷化镓晶体质量那么好，少子寿命也就皮秒量级。

游经碧：但砷化镓扩散长度长，迁移率高。

曾一平：钙钛矿迁移率不高，但少子寿命依然很长是吧？另外咱们现在的主要衬底是什么？

游经碧：玻璃和IPO，

曾一平：未来可能还是主流？

游经碧：对，因为他要从下面透光，必须是透明的导电玻璃。

曾一平：你主要的原材料是什么，是什么形态？

游经碧：粉末抛的，包括碘化铅、碘化锡、氧化铅。

曾一平：这些原材料的纯度如何，这钙钛矿也是要求高纯的是吧？

游经碧：没有那么严格的要求，只要4个9就行，它很难形成深能级缺陷。

曾一平：制备方法或者说设备，现在是各家做各家的，有没有什么统一，它看上去很简单，但形成产业以后，它可能会是一个规范性的设备。

游经碧：小面积在实验室可能就是匀胶机，大面积是印刷的方式，在印刷电子学里面，它是比较成熟的，在面板显示上规定了很多，只是说用到钙钛矿时要做一些改进。

曾一平：很多投资人非常关心，大家知道LED的行业起来之后，带动了上下游的各种行业起来做设备，中国出来一大堆。很多投资人现在不仅关注钙钛矿电池，并且关注钙钛矿电池可能带动的其他产业，从设备到材料，有一家做高纯原材料，找到我们说他们做高纯的镓铟铝锑，反正所有III-V族都在做，然后一听说钙钛矿以后是大产业，钙钛矿这种事我说我还不太知道，所以这件事是很多人关注的问题有可能带动一个大产业，对不对？

游经碧：设备或者是沉积方法的一些设备，包括旋涂或是衬底材料的，上下游都有。

曾一平：另外，这个测试是否还涉及到普通的方法，会有一些什么新的测试设备，一些什么情况。

游经碧：器件来讲，就是普通的半导体问题，包括单独研究过程中有一些改进的设备，但也基本上是有传统半导体的一个基础。

曾一平：器件制备过程是否和硅的类似，比如说10×10 20×20。

游经碧：对，是的，它跟硅的不一样，硅只能受限于晶圆尺寸的大小，我这个只要你有大量晶圆，只要你横向的电荷浸润，收集能力比较强，实际上可以做到无限大，就不需要拼接，它实际上是一个一块板上面分离的一些电池，不需要像晶硅受晶圆的大小限制一个一个去串在一起。

曾一平：另外为了增加硅的有效性，需要增透膜减反膜，咱们这后续需要不需要？

游经碧：也需要做增透，因为玻璃表面，玻璃背面，实际上会有一些光学损失，透过必须要到80%才可以。在追求极限的情况下，肯定每个工艺都要做到极致。

曾一平：我现在理解最大的障碍目前还是寿命，因为你即使比硅的低一两个百分点，但是如果成本便宜1/3的话，此时寿命相同就相当可观的。所以很期盼的钙钛矿给我们带来一场革命，谢谢。

郑红军：游老师，不好意思，有两个问题向您请教一下，刚才您讲了钙钛矿，请您讲一下钙钛矿和硅在禁带宽度的差异？因为硅也好，碳化硅也好，砷化镓也好，不同的晶体结构对吧？有六方的有立方的，我现在不太清楚了，钙钛矿的晶体结构的晶孢是什么样的？

游经碧：立方的，正交的。

郑红军：第二个问题，我们做材料都比较关心材料的电学性能，比如您介绍了它生产的各种步骤，刚才也讲了寿命，但是我不太清楚，它的迁移率不清楚。

游经碧：目前是几到几十。

郑红军：几到几十，那够低了。

游经碧：对。但是它做电池，因为它的寿命比较长，它的扩散长度相比于迁移率的乘积也还可以。

郑红军：好的，我就这两个问题，谢谢。

曾一平：时间的关系，我们有些特殊的再提两个问题，今天你讲的我们都很感兴趣。

韩培德：就刚才曾老师说的晶硅太阳电池技术激烈的程度，再说两句，我昨天和俞育德去参加评审项目，主要评审空间电池的，现在发展的趋势是什么，卫星上的电池都用晶体硅，因为晶体硅已经成本很低了，每瓦一块钱都不到。上海811所和天津18所的III-V族卫星电池有可能被取代，现在正在发展，它这个要好就特别好，要差就特别差，反而在行业内淘汰，也在扩展自己的市场。所以只要价格逐渐的逐步的低，取代III-V族没有问题，取代晶体硅也是可能的。

曾一平：好的，今天我们由于时间关系，我们最后留一些时间给我们的几位院老科协领导和冯书记给我们做一些指示，再次感谢游经碧给我们精彩的报告。下面请我们几位院老科协领导，先请黄主任讲一下，然后再请他们。

黄玉萍：今天领导来了我就不讲了。

曾一平：谢谢，陈书记？

陈树堂：很高兴今天又回到半导体所，我学到不少东西，我对游经碧不太熟，他2010年博士毕业，我2010年退休的，所以我对他还不太熟悉的。今天学到不少东西，前段时间我去看了一个企业，说实话我到了听了以后目瞪口呆。起初我以为是挖矿的，因为都是钙钛矿的东西。后来他跟我讲了以后，就像刚才这个老师讲的发展前景，那个企业给我忽悠的，后面的光伏电池发展会很快，这个是很有前途。第一个我真的学到了不少东西，具体的总结请赵震声来说。第二个因为我是半导体所的，现在老科协有一个建议，院老科协刚开完了2023年度工作总结，云端的视频会也参加了，院离退休干部局专门在会上念了院里对老科协的一些建议和意见，其中特别讲到了，要抢占科技制高点。现在他们在职人员主要的任务抢占科技制高点，就像你们今天讨论的这样的问题，大家怎么抢占科技制高点的问题，是院里面特别关注的。希望我们老科协能发挥老专家的作用，在抢占科技制高点当中发挥一定的作用。我、我们、赵震声副理事长，我们老科协有工作分工：文化实体服务，科普，咨询，沙龙，还有培训，这几个业务里沙龙这一块与抢占科技制高点更贴切一些。我们这是2024年第一次沙龙，后面还会有。我有一个建议，我想下一次能不能结合院里的重点工程，抢占科技制高点，我们老专家们通过沙龙的形式能不能能发挥一点作用，当然我上次听冯书记讲了，半导体材料在国际上我们和外面的差距，不像光刻机、芯片什么的差距那么大，材料我们的差距相对没有那么大。这次荷兰的首相来，他好多问题谈的都是光刻机的问题，所以我想我们半导体所在抢占科技制高点方面，我们能做点什么，我们老科协在这里面能不能提供点咨询的内容，这是我今天参加会的这么一点建议，谢谢。

赵震声：大家好，非常高兴来参加半导体所老科协的活动，我陆陆续续参加过好几次，很多老专家老同志我不太熟悉，但是半导体所还有几位比较熟悉的朋友，大家在一起积极交流。首先我说今天的沙龙使我感到有点意外，我觉得大家非常的积极，似乎都在第一线干活一样，大家都在讨论一些很感兴趣的问题，而且基本上没有停顿的，每个人都在提问。当然游经碧老师也很给力，他不停地回答，认真地解答大家提出的问题。

这个新材料钙钛矿对我们来说很重要，尤其关系到我们未来的发展，是吧？半导体材料本身我不好说，我不好评价咱们到底是处在这个世界上一个什么样的水平，但是肯定新材料大家都感兴趣，我们总是要不断的创新，寻找一些新的材料，可能对今后的工业发展或者说半导体产业都很大的启示。当然半导体本身近几年炒的也比较厉害，对我们国家的限制很多，尤其是国外，像以美国为首的西方国家对我们国家各种制裁，一说起来，半导体材料为什么老是受人家制约？半导体这个行当应该处在风口浪尖上，就是对我们半导体的科研人员来说，压力也非常大，我很赞成陈书记刚才的发言，我觉得现在科学院也处在一个风口浪尖上，实际上大家可能不太清楚，科学院的压力是非常大，要抢占科技制高点，尤其是最近又在进行一些调整，可能未来动作还要大。当然从我们这些已经退休的老同志来说，可能有时候压力感受不到这一点，但在岗的同志会体会更深一些。

我们希望通过沙龙，通过老科协的一些作用，能够更好的发挥我们老同志的作用，能够促进我们一线的同志或者给我们一线的同志能够做点支持。尤其是有些好的建议大家一定要发挥出来，今天是2024年度中国科学院老科协的第三次沙龙，昨天是化学所，今天上午是动物所，咱们所是第三个，前三名，进入前三名。今年已经列入科学院老科协沙龙活动的大概有38项，京外有8项，京内有30项。我们是前三名，非常感谢我们老同志参加沙龙活动，虽然我对半导体是外行，但是我还是非常乐意来半导体所多学习。谢谢大家。

冯仁国：代表半导体所感谢院老科协三位领导来所指导工作，游经碧老师这个报告确实非常好，他45岁左右，应该属于非常年轻的优秀的科学家，很多荣誉都有了，去年底还获得了北京市自然科学一等奖。北京市评自然科学研究一等奖，每年只评10项，他是其中的一项很不容易。昨天参加了国家自然科学二等奖答辩，可能因为停了三、四年了，今年答辩竞争非常激烈，基本上没有院士牵头很难胜出，他参加答辩了，遗憾没有胜出。请我们老师帮助游经碧老师，他的工作属能源领域，跟我们所的信息包括计算机硬件、软件、声学、自动化有一些关联。半导体包括光学都在信息大领域当中，半导体是一个小学科，他在小学科当中又不偏信息，他今天介绍的是偏能源，这个内容很难让计算机专家认可。这个工作是信息领域的前沿核心，主要的技术这块他们也想了很多办法来说明，但是这个让计算所那些搞计算机自动化的同志来评的话，确实就吃亏，工作在全世界都有，Sciense、Natrue的文章发表，创造了5个记录当中的3个记录，但是在计算机那些专家看来，这解决了我们信息产业的哪个事儿？看看就属于能源，这个吃亏。我们所和光电子为主的大项目，余老师怎么把这个事情说圆，说成是半导体所的主流的方向，是信息科学技术领域主流的前沿的方向体系。还需要努力去说这一点。我觉得这是他们这个组包括今后发展，包括评奖，包括今后再进一步的发展遇到的，技术上的障碍，不是科学的障碍，是这个方面的障碍，包括刚才赵理事长说的，你一说集成电路出了问题都是半导体所没做好，其实半导体所现在做的，集成电路做硅基的科学家，很少的。实际上我们光电子领域做的挺好的，不是半导体出现的问题跟我们所都有关。

陈树堂：其实你别说，我的朋友说那不是半导体的陈树堂吗，他说你是半导体所的，你看你们做的怎么样，就拿我们所说，他就是这样。

冯仁国：我们剩下的大部分是光电子领域，在光电子这个领域，我们所还是做了不少工作，我们今后还要继续努力，积极完成现在院党组交给我们的抢占科技制高点的任务，在我们所几个方向上的东西，或像张韵提到的一些镓体系的文章，在镓这方面材料器件到产业这方面做一些工作项目，都会围绕实际做一个细节，这中间把握好，但是不管怎么样还是要讲，要把院党组的精神贯彻下去，引导科学家一起在主要的方向上做出成绩，这也是用人的问题，不再说了。

另外在春节前几位理事长副理事长开了会，我们半导体所分会今年准备活动4次，这样让老同志能够通过这种活动切身感到老有所为，为所里也好，为学科建设也好，建言献策，大家在活动过程当中体现出我们的价值。曾老师他们有安排，我就积极地为曾老师服务，为这4次活动做好支撑保障，据说有一个健康保健的是吧？还有一个希望请资环的，还做一个科学的报告，如果有机会还去京外再去调研，把这些活动开展的丰富多彩，让老同志们满意，那么资环的工作我建议请赵士洞老师，带着老同志认识一下我们这个园区的植物，我们大家可能会觉得没有这种必要，我们天天看点植物，但是你不一定认识它的英文名字是什么，它的拉丁名是什么？它起源于哪儿，它今后会怎么变化，只是到园区转一转，我们这个园区有多少种植物，这些科学方面的知识，在我们国家生态文明建设秀美山川当中能发挥什么样的作用？我建议请他来讲，他口才也好，在老科协有很高的知名度，如果大家感兴趣，我就去邀请他讲讲水杉，水杉的历史就是非常人性，有文物有历史的一个树种，但是我们大家也许不知道，主要是前面的2亿多年前没有了，后来被发现了，然后全世界都是从那三棵树繁衍下来的这样一个历史，这中间又牵扯到命名，牵扯到一些保护，牵涉到一些新的问题。我想我们园区很多水杉，我想通过这样一个报告，让大家能够愉悦地活动两三个小时，我要说的就这么多，谢谢各位老师。

曾一平：好的，因为时间关系我们就说到这儿。我们首先感谢冯书记一直以来对我们老科协的关心，包括今年的一些活动提建议策划，希望能更加丰富发挥大家的作用，也给大家提供一个平台，争取把后续的活动办得更好，能为我们离退休的老年科学家，老年同志，也为我们半导体所的学科做出一点贡献。

陈书记刚才给我提了很高的要求，抢占科技制高点，这是因为上次院老科协会上也提出来了，本来确实对我们退休同志来说，毕竟不处在一线，但是人的自然规律精力也会下降，但是我们也希望通过这样一些活动，不在一线，也给一线的同志们提供一些经验和思路，是否能为抢占制高点也出一点力。

最后还是感谢我们几位理事长，还有黄主任每次都来积极的支持我们的活动，希望以后继续支持我们的活动。好的今天我们的沙龙圆满结束，后面可能我们有一点想法。好，谢谢各位，会议到此结束。