钙钛矿电池 “电”你没商量

低成本是钙钛矿太阳能电池的主要优势。资料来源:RDR/费尔南多·格拉

最热的太阳能电池材料又开始进步了。在最近的材料研究所会议上，三个研究小组报告称，被称为钙钛矿的廉价且易于制造的晶体材料打破了以前的效率记录。一个团队将太阳能转化为电能的效率从2月份的16.2%和5年前的3.8%提高到近20%。很少有太阳能技术进步如此之快。

“这是一个激动人心的时刻。”英国牛津光伏公司的物理学家爱德华·克罗斯兰德说。公司致力于钙钛矿太阳能技术的商业推广。"新想法不断涌现。"许多太阳能专家表示，钙钛矿令人印象深刻的特性最终将使单个器件的效率高达25%，相当于目前的商业冠军，昂贵的单晶硅。将钙钛矿电池层叠在传统太阳能电池上以形成“串联”电池可以将它们的效率提高到32%。根据美国能源部的估计，这将使太阳能像煤或天然气一样便宜。

钙钛矿已经进入人们的视野近两个世纪了。然而，直到2009年，日本横滨大学的高桥努·宫崎才发现它能将太阳能转化为电能，当时他在染料敏化太阳能电池设备中加入钙钛矿作为光吸收层，效率为3.8%。研究人员很快意识到，钙钛矿不仅擅长捕捉阳光，还能传输电荷。

因此，科学家开始修补钙钛矿，提高其效率。在材料研究所的会议上，加州大学洛杉矶分校的材料科学家杨扬报告说，他的团队已经生产出效率为19.3%的太阳能电池。杨没有提供他的团队制造的电池的细节。然而，他说他的团队致力于改善钙钛矿晶体缺陷技术和设备中不同材料层之间的界面。韩国成俊大学的化学家Nam-Gyupak说，这些缺陷和界面问题通常会影响电荷并阻止电荷到达电极。晶体添加方法的改进使Park团队开发的钙钛矿太阳能电池的效率达到17.01%。

钙钛矿与主流材料的配对也取得了进展。斯坦福大学的材料科学家迈克尔·麦克格赫报告说，他的团队制造的太阳能电池将钙钛矿材料与铜、铟、镓和硒(CIGS)合金串联起来，效率为18.6%。CIGS电池本身的效率为17%，因此在这种情况下，钙钛矿不会显著提高效率。麦基说，这可能是因为钙钛矿电极和其他非光吸收层阻止了大部分阳光到达CIGS细胞。在他看来，这个问题相对容易解决:因为钙钛矿吸收的蓝光波长比CIGS和单晶硅更蓝，在每组电极之间结合两个光吸收层可以改善材料。"这是实现20%以上效率的简单方法."麦基说。

即使钙钛矿的效率不能达到一定的水平，它的低成本仍然是它的优势。例如，牛津光伏公司正在努力制造基于窗户的钙钛矿光伏。使用DSSCs的窗口PVs已经上市多年，而钙钛矿可以提高其效率。然而，克罗斯兰德指出，目前生产的大多数钙钛矿电池是棕色的，这很难推广到设计摩天大楼的建筑师。在会上，牛津大学的贾尔斯·埃伯龙报告说，通过将钙钛矿加工成块状而不是整体，他和他的同事已经生产出了中性颜色的半透明钙钛矿电池，效率为8%。克罗斯兰德说，如果用一个6%效率的窗户玻璃覆盖一座芝加哥威利斯大楼那么大的建筑，这种玻璃每年将产生近5.3千瓦小时的能量。

然而，这种情况不会持续很久:这些材料现在暴露在水中会分解。虽然几个团队的报告说他们现在可以以较低的效率运行电池数百小时。"这项技术的发展仍处于非常早期的阶段。"杨说道。(张冬冬)

中国科学新闻(2014-05-06第三版国际版)

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