钙钛矿如何提高太阳能电池效率

钙钛矿如何提高太阳能电池效率？

钙钛矿太阳能电池的寿命和转换效率可望持续提高，一旦铅问题也解决了，钙钛矿材料将有助于提高太阳能电池的性能，促进可再生能源的利用

太阳能电池已经出现许多年了，但至今尚未能对于整体电力生产带来重大贡献。近年来，太阳能电厂虽然如雨后春笋般涌现，但可能造成环境污染的化石燃料仍然占据主导地位。尽管如此，对于如何为太阳能电池提高能源效率和成本的研究仍在持续进行中。

钙钛矿是什么？

钙钛矿是一种与钛酸钙(calcium titanite)具有相同晶体结构的材料。研究人员将钙钛矿材料配置于硅晶太阳能电池的顶部，藉由使硅的热化损耗降至最低，同时从阳光中发电，从而提高了效率。

「钙钛矿极具发展前景，因为它具有优质的电气特性——就像硅(Si)或砷化镓(GaAs)的表现一样出色，加上它的材料成本低、太阳能电池的制造成本低，而且由于是一种薄膜技术，因而也可以在软性基板上制造。」「尽管钙钛矿太阳能电池的电气性能相当于现有的太阳能电池技术，但我们并不希望它取代现有技术，而是期待它能在软性、建筑物整合等新市场发挥作用。」

研究人员使用自旋涂布技术——这只是几种可能的技术之一——将液态钙钛矿材料沉积在基板上，此外，还使用了刮刀式涂布、点滑涂布和喷墨印刷等方法。为了达到27.1%的效率，研究人员在4 cm²的硅晶太阳能电池顶部添加了一个0.13cm²的自旋涂布钙钛矿电池。由于效率随着电池尺寸的增加而降低，当钙钛矿模块尺寸增加4 cm²并置于4 cm²的硅晶电池上时，所测得的效率下降至25.3%。即使以这样的尺寸来看，这种组合式太阳能电池的效率仍然超过独立型的硅晶电池。

钙钛矿问题

如同任何新技术一样，钙钛矿增强型太阳能电池也存在一些问题。最主要的顾虑就在于铅的存在。虽然太阳能电池中的铅不像油漆中的铅那么容易接近，但化学家和物理学家仍然必须解决这个问题。

寿命短是一开始就已经出现的另一个问题。早期的钙钛矿材料在几分钟内就会失去其晶体结构。而今，其结构的稳定性已能持续数千小时，因为研究人员已经找到了更好的材料配方，为其带来更高的稳定性，同时维持提高功率效率所需的吸收能力。寿命和转换效率可望持续提高，一旦铅问题解决了，钙钛矿材料将有助于提升太阳能电池性能，促进可再生能源的利用。

目前，储天新能源等研究者正在努力实现钙钛矿电池的无铅化，最直接的方法是利用同族的Sn元素代替Pb元素，但相应会带来电池转换效率的降低。有学者提出用废弃的铅制作钙钛矿太阳能电池，以此解决废弃铅的处理难题。