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5月14日，欧洲光伏产业协会（SolarPower Europe）发布《2019-2023年全球太阳能光伏市场展望》报告 ，对全球及主要光伏市场的现状和未来五年的发展趋势进行了展望分析。
相比2017年，2018年全球光伏装机容量增长了4%，但较前两年的装机增长率（2016年为50%、2017年为30%）出现了回落，主要原因是中国政府减少了上网电价补贴导致本地区光伏市场新增装机显著萎缩。尽管增幅放缓，但2018年依旧是光伏发展史上极具里程碑意义的年份，因为全球新增光伏装机容量首次突破100 GW大关，达到102.4 GW的历史新高，超过所有其他电力资源（如化石能源、核能、风能）增量，使得全球累计装机达到了509.3 GW。总体而言，2018年不同地区光伏市场都取得了不同程度增长。其中亚太市场依旧是全球光伏增长最为强劲的地区（新增装机71.3 GW），使得该地区累计光伏装机容量达到了295.7 GW，占到了全球光伏装机总容量近6成（58%），是全球第一大光伏市场。紧随其后的是欧洲光伏市场，新增11.3 GW的装机容量，同比增长21%，累计装机达到125.8 GW，占全球光伏装机总容量的24%。而美洲地区以78.2 GW累计装机位列全球第三大光伏市场，在全球光伏装机总容量中的占比为15%。同期中东和非洲地区的光伏市场也取得了增长，使该地区的累计装机总量增长到了9.6 GW，全球占比提升至1.7%。
图1 2000-2018年世界主要地区光伏累计装机容量发展态势（单位：GW）
2018年，尽管中国光伏装机增长放缓至44.4 GW（2017年是52.8 GW），但依旧是表现最为强劲市场，是同期全球光伏装机净增量最大的国家，占到全球新增装机容量的43%；紧随其后的是美国，2017年新增光伏装机容量为10.6 GW；印度、日本和澳大利亚分居三至五位，分别增加了8.3 GW、6.6 GW和5.3 GW。
截至2018年底，全球累计光伏装机前10个国家的装机容量均超过7 GW：其中中国以173.2 GW（占全球总装机的34%）独占鳌头；美国和日本分别以62.1 GW（12%）和55.9 GW（11%）分列二、三位；德国（45.8 GW, 9%）、印度（25.5 GW，5%）、意大利（19.9 GW，4%）、英国（13 GW，3%）、澳大利亚（12.6 GW，2.4%）、法国（10.2 GW，2%）和韩国（7.7 GW，1.5%）分列四到十位。
图2 截止2018年底全球累计光伏装机前10位国家的占比
报告通过情景模拟（高增长情景、中间情景和低增长情景）对未来五年全球光伏市场发展做出展望：预计2019年全球光伏市场年度新增装机容量有望突破80 GW，累计装机容量将达到593.9-692.6 GW之间（不同情景预测结果不同）；到2023年，年度新增装机容量则会达到125.6-263.9 GW之间，累计装机容量将达到1043.63-1610 GW。但无论哪种模拟情景，有两点是肯定的：2019年全球光伏累计装机容量将突破590 GW，到2023年将超过1000 GW；亚洲将毫无疑问继续主导全球光伏市场。在此期间，中国仍将是全球最具活力的光伏市场，预计到2023年新增装机容量有望超过200 GW。
图3 到2023年不同情景下全球光伏累计装机容量发展趋势预测（单位：GW）
就主要国家而言，未来五年（中间情景），美国预计新增装机 70 GW，累计装机有望达到116 GW，从而保持其全球第二大光伏市场位置。同期，印度预计新增装机88.7 GW，累计装机预计达到116 GW。日本预计新增26.5 GW，累计装机有望达到82.3 GW。德国预计现在26.7 GW，累计装机预计达到72.6 GW，仍将是欧洲最大的光伏市场。西班牙预计新增装机19.4 GW，累计装机有望达到25.3 GW，跻身欧洲第二大光伏市场。总体而言，未来五年全球光伏市场发展前景乐观。尽管如此，光伏发展还是有很大提升空间。依据IRENA的测算，如果要实现《巴黎气候协定》中承诺的全球温升控制在2℃以内水平，就要求到2050年前平均每年新增光伏装机要达到400 GW水平，因此目前的发展速度还是不够的，需要全球各国加大努力和合作。
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5月29日，在加拿大温哥华举办的第10届清洁能源部长级会议（CEM）上，美国、加拿大、日本、荷兰和欧盟委员会领导联合发起了“国际氢能合作伙伴”倡议，旨在汇集来自世界各地的氢能相关的政府、企业和研究机构的智慧和研究力量，消除氢能和燃料电池部署障碍，以加快其在社会各个经济部门的商业化部署进程。该倡议下的具体国际合作事宜将由国际能源署（IEA）负责协调开展。
“国际氢能合作伙伴”倡议聚焦氢能和燃料电池技术在清洁能源转型中的作用，指出氢能将在全球能源清洁转型中发挥关键作用，但现阶段氢能及其相关技术规模化商业部署仍旧面临挑战（如安全存储、运输成本等）。而各国发起的该倡议将有效地推动氢能相关政策、计划和项目等方面的国际合作，以解决部署障碍，推进氢能及其相关技术的大规模部署，以助力全球打造一个清洁、可负担、安全可靠的能源系统。本次倡议初期工作将主要聚焦在三个领域：（1）确保在当前的工业应用领域成功部署氢能及其相关技术；（2）实现氢能及其相关技术在交通运输部门中的应用（如公共交通、货运卡车、海运船舶等）；（3）探索氢能在提供公众社区用能需求中的应用潜力。
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5月7日，美国能源部（DOE）宣布将投资8900万美元用于支持能源领域的创新型先进制造技术研发 ，旨在通过推动围绕关键能源技术制造的创新，降低工业过程能源强度，本次资助重点关注三个主题，具体内容参见表1。
表1 能源领域制造技术研发创新项目主要研究内容
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锂硫电池是极富潜力的下一代高能电池系统，其理论能量密度可达2600 Wh kg-1，是锂离子电池理论能量密度的3-5倍。然而聚硫化物穿梭效应使得该类电池循环能力和容量迅速衰减，成为了锂硫电池商业化应用的一大障碍。而开发具备抑制多硫聚物穿梭、良好导电性和机械性能的电极是解决上述问题的主要途径之一。都柏林圣三一学院Chuanfang Zhang教授课题组牵头的国际研究团队设计合成了一种新颖的MXene（二维过渡金属碳化物或氮化物）/硫复合的锂硫电池电极材料，其具备了良好的导电性、机械强度和独特的多硫化物吸附性能，从而在保障电池性能前提下，有效抑制了多硫化物的“穿梭效应”，获得了超长循环寿命和超低的容量衰减率。
研究人员首先采用盐酸腐蚀方法制备了MXene材料Ti3C2Tx，随后通过真空过滤方法将硫（S）元素填充到上述二维Ti3C2Tx材料中形成Ti3C2Tx/S复合材料。扫描电镜和透射电镜表征显示，Ti3C2Tx/S复合物依旧呈现完整的二维层状纳米片结构，且层间距较未填充S的Ti3C2Tx增大了，这有助于存储更多的离子提升电池容量。X射线能谱微区成分分析显示S元素是均匀地分布在整个二维的纳米片表面。通过对上述Ti3C2Tx/S复合材料进行弯折测试，结果显示S元素填充并没有改变二维材料Ti3C2Tx良好的机械柔韧性，即Ti3C2Tx/S复合材料依旧保持良好的柔韧性，并且经过200多次弯折测试发现，整个Ti3C2Tx/S复合材料导电性也基本没有变化（维持在1650 S/cm上下），有潜力应用到柔性电池当中。而利用传统制备方法制备出Ti3C2Tx-S简单混合的复合材料（非化学吸附填充），其导电性仅为830 S/cm。为了检验电极材料性能，研究人员分别制备了以Ti3C2Tx-S、Ti3C2Tx/S为正极的锂硫电池，并进行电化学性能测试。结果显示，当倍率从0.1C（1C=1675 mA/g）增大到2C时候，基于Ti3C2Tx/S电极电池放电比容量从1383 mAh/g小幅降至1075 mAh/g，相反Ti3C2Tx-S电极电池不仅0.1C的比容量小（1196 mAh/g），且倍率增加到2C时候放电比容量显著下降至824 mAh/g。随后在1C倍率下对电池的循环稳定性进行测试，发现Ti3C2Tx/S电极电池初始放电比容量为1169 mAh/g，经过1500余次的超长循环后，比容量仍可高达970 mAh/g，意味单次循环的容量衰减率仅为超低的0.0014%，这是目前已报道的锂硫电池容量衰减率的最低值；相反，基于Ti3C2Tx-S电极电池初始的放电比容量只经过325次循环就开始显著下滑至857 mAh/g（初始容量为1183mAh/g），而进一步延长循环次数电池比容量进一步下滑。通过对循环前后电极微结构表征发现，循环测试之后在Ti3C2Tx/S电极的MXene薄膜表面原位形成了一层的硫酸盐络合物层，这个络合层充当了保护膜，有效抑制了多硫聚物的穿梭，提高了硫的利用率，因此增强电池性能和循环稳定性。
该项研究精心设计硫元素填充的MXene纳米片复合电极应用于锂硫电池中，有效抑制多硫聚物的“穿梭效应”，增强了电池的倍率性能和循环稳定性，为设计和开发高性能的锂硫电池提供了一种新的研究思路。相关研究工作发表在《Advanced Functional Materials》 。
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钙钛矿太阳电池光电转换效率在过去短短十年内已从最初的3.8%上升到了24%以上，展现出了强劲的发展势头。尽管如此，但与理论极限转换效率（30.5%）相比还有很大的提升空间。因此，探明影响钙钛矿太阳电池效率的潜在因素，尤其是晶体缺陷（形成和演变机制），显得意义重大。意大利那不勒斯国家研究委员会微电子与微系统研究所（CNR-IMM）Corrado Spinella教授课题组采用原位低能量透射电镜系统研究甲基胺碘化铅（MAPbI2）钙钛矿薄膜中铅基缺陷形成演变机制，为改善钙钛矿薄膜成膜质量进一步提升器件性能积累了关键理论知识。
研究人员采用两步法在衬底上制备了MAPbI3钙钛矿薄膜，为了让低能量透射电镜能够有效地观测薄膜，薄膜的厚度被有效控制在40 nm（因为薄膜太厚低能电子无法到达理想薄膜深度）。随后采用 200 kV低能透射电镜对钙钛矿薄膜进行表征，且为了尽可能减少电子束对薄膜的影响将电子束设置成每隔4秒释放一次，连续追踪1500秒。扫描电镜测试显示，在初始的时候，辐照下MAPbI3钙钛矿薄膜表面光滑，呈现典型的多晶结构，晶体粒径在50-200 nm之间，且没有“针孔”存在。X射线衍射表征显示MAPbI3薄膜为纯相的钙钛矿，不存在PbI2杂相。随着时间推移，观察到在薄膜的晶界逐渐形成了纳米团簇，且逐步向三重晶界处移动，最终形成尺度在10-15 nm之间的众多纳米团簇，同时在原来的位置留下了缺陷空位。能量色散的X射线光谱测试表明纳米团簇化学成分是Pb，即Pb纳米团簇。同样测试条件，但没有辐照，则没有观察到Pb纳米团簇形成。意味辐照是引起Pb纳米团簇形成的潜在诱因。从长时间的实验观察可以发现，Pb纳米团簇在120s后尺寸就定下来了，不会随着测试时间的延长而进一步演变。但此时发现MAPbI2钙钛矿薄膜晶粒核心部分结构开始发生变化，逐步在其表面形成了细碎的纳米晶粒，并在850s后全部转化为细碎的纳米晶粒。X射线衍射表征显示该细碎的晶粒是PbI2。因此，研究人员推测，前120s的MAPbI3到Pb纳米团簇的变化和120s后的MAPbI3到PbI¬2纳米晶粒的变化动力学行为存在竞争关系。因此前120s Pb纳米团簇形成后就不再发生变化，也即Pb团簇形成受到MAPbI3到PbI2转变的限制。而且有趣的是，Pb纳米团簇和PbI2可以共享晶界，不存在两者的转化，而且就体量而言，PbI2体量远大于Pb团簇。因此如何对钙钛矿薄膜进行钝化处理（主要抑制MAPbI3到PbI2转变/Pb纳米团簇）是保持钙钛矿电池稳定性的关键因素。
该项研究对MAPbI3钙钛矿薄膜的降解过程进行了详细的表征研究，揭露了MAPbI3钙钛矿薄膜在降解的过程中存在两个相结构转变，一个是MAPbI3到Pb纳米团簇，另一个是MAPbI3到PbI2纳米碎晶粒转变，更加深刻理解了该类薄膜的降解机制，为薄膜钝化处理积淀了关键的理论知识，对改善电池性能具有重要的指导意义。相关研究成果发表在《Nature Communications》。
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商用锂离子电池理论能量密度接近480 Wh/kg，但当考虑金属壳体、正负极、集流器等组件时候，理论值要减半。而且高性能的锂离子电池通常采用液态电极，存在易燃易爆安全问题。因此开发轻量化电池组件和固态电解质是解决上述问题的关键所在。美国斯坦福大学Yi Cui教授课题组设计制备了一种全新的超薄、高机械柔性的聚合物固态电解质，在确保电池性能前提下，显著提升电池的安全性。
研究人员利用湿化学法制备了聚酰亚胺（PI）纳米主体材料，扫描电镜表征显示PI主体材料含有大量有序垂直纳米隧道，这种几何结构能够为锂离子传输提供快速通道改善离子导电性。而扫描电镜横截面图显示PI整体的厚度仅为8.6 µm，这样厚度的聚合物薄膜通常无法具备良好的离子导电性，常规高导电性的聚合物薄膜的厚度一般都在200 µm以上。为了解决上述问题，随后往PI主体材料填充聚环氧乙烯（PEO）和双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂（LiTFS）形成PI/PEO/LiTFS复合固态聚合物，以进一步增强材料离子导电性。30℃温度下离子扩散系数测试显示，沿着垂直隧道方向的离子扩散系数达到了2.3×10-4 S/cm，比没有PI主体的PEO/LiTFS复合固态聚合物离子导电性高出了4个数量级，PI/PEO/LiTFS离子导电性足够满足锂离子电解质的需求。弹性模量测试显示，PI/PEO/LiTFS复合聚合物的弹性模量为850 MPa，远远高于PEO/LiTFS复合聚合物（仅为0.1 MPa），意味着前者具备了优异的机械柔韧性，有助于抑制锂枝晶生长避免发生短路。接着以新制备的PI/PEO/LiTFS固态复合聚合物、以及传统的液态溶液为电解质分别制备了对称电池，测试电化学稳定性，结果发现，采用液态电解质的电池中产生了大量的锂枝晶，相反基于PI/PEO/LiTFS固态电解质的电池中仅出现了微量的锂枝晶，表明了PI/PEO/LiTFS固态电解质的确能够有效地抑制锂枝晶生长。最后研究人员以PI/PEO/LiTFS固态复合聚合物为电解质，与磷酸铁锂正极和锂负极组装成完整的电池器件进行电化学性能测试。在C/10、C/5、C/2和1C不同倍率下，基于PI/PEO/LiTFS固态电解质的锂电池都能够获得较好的放电比容量，分别为176 mAh/g、156 mAh/g、138 mAh/g 和125 mAh/g，表现出了良好的倍率性能。且在C/2倍率下，电池可以稳定循环200余次，平均库伦效率接近100%，能量密度高达246 Wh/kg，是目前文献报道的固态电解质电池能量密度的最高值，与液体电解质电池的能量密度相当。更为关键的是，将电池进行弯折后，电池的依然可以正常工作点亮LED灯泡，展现出良好的柔韧性。
该项研究设计制备了一种超薄的柔性聚合物固态电解质，在保障电池性能前提下，提升了器件的稳定性和机械柔韧性，为解决锂离子电池安全问题和柔性化发展提供了思路。相关研究成果发表在《Nature Nanotechnology》 。
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