钙钛矿将为新型低成本高效太阳能电池提供动力

由于本周末我们将在美国这里庆祝独立日，因此我们分享了洛斯阿拉莫斯国家实验室的人们通过电子邮件发送给我们的钙钛矿晶体的焰火图像。该实验室以其在核子方面的工作而闻名，一直是下一代超高效太阳能电池研究的热点，而且钙钛矿似乎是游戏的名称，部分原因是它们的“成千上万倍”比那些花哨的多结太阳能电池便宜。

首先，关于钙钛矿太阳能电池的坏消息

对于那些刚接触该主题的人来说，钙钛矿是指19世纪由Gustav Rose在乌拉尔山脉首次发现并以俄国矿物学家列夫·佩罗夫斯基（Lev Perovsky）命名的一种土色矿物。

钙钛矿易于合成，其独特的晶体结构使其非常适合开发高效的太阳能电池，该太阳能电池可以超过当前的金标准，即硅。

大众汽车公司最近进行的一些有趣的演习表明，钙钛矿也可能在下一代电动汽车电池中发挥作用。

不过，我们在哪里？哦，对，高效的太阳能电池。就效率而言，钙钛矿看起来不错，但它们倾向于在两端燃烧蜡烛。换句话说，它们是不稳定的。像我们其他人一样，钙钛矿可以吸收热量，而不能吸收湿气，而且它们在潮湿的环境中会散开。

另外，直到最近，钙钛矿被认为比用于商业太阳能电池的其他材料更昂贵。

关于钙钛矿太阳能电池的好消息

钙钛矿除了易于合成外，还易于使用（这可能是石墨烯的一种挖掘，但无论如何）。

更重要的是，尽管湿度很大，但研究仍在朝着钙钛矿基太阳能电池的设计迅速发展，该钙钛矿基太阳能电池可提供稳定，高效和低成本的太阳能电池。

一种这样的进步包括沟渠铅，一种用于传统钙钛矿太阳能电池的有毒材料，以及替代了低成本，无毒的材料。另外，铅基钙钛矿太阳能电池可以提供一种安全的方式来重复使用废铅酸电池中的铅……。

提出低成本，低能耗的制造工艺对于商业化也至关重要。

将钙钛矿技术与硅相结合是通往下一代高效太阳能电池的另一条途径。

更好的消息

您可以看到这些方法的要素，以及在洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）进行的钙钛矿研究中发现的更多内容，因此，如果您希望撰写长篇文章，我们鼓励您查看该实验室在上周发表的“钙钛矿动力”文章。

该实验室提出了一种可靠的“配方”，用于生产在太阳能转换效率方面接近硅的钙钛矿晶体。

可靠，实验室并不意味着没有缺陷，这是关键点。

乍一看，钙钛矿晶体的带隙相对较差，其次于硅（带隙是电子必须行进多远的简写）。但是，LANL发挥了这一劣势，开发出一种太阳能电池，其中电子在完美形成的区域中来回反弹多次，只有极少的机会进入缺陷区域。

这是LANL的精彩回顾：

结果，钙钛矿虽然在自然带隙方面比硅稍差，但是可以以便宜的价格制造并且具有优异的晶体纯度。

LANL秘密调味酱是一种“热浇铸”制造工艺，其中首先加热基材，然后用包含钙钛矿晶体的溶液涂覆。尽管该过程确实需要一些能量输入，但是相对于传统的高温方法而言，这是一个很大的改进：

与用于制造传统的最先进的半导体太阳能电池的复杂晶体生长方法不同，溶液处理既快速又灵活。快速意味着便宜，而基于液体溶液的处理方式的灵活性意味着可以通过便捷的方式来施加钙钛矿，例如将光电层直接喷涂或喷涂到表面上，从而为众多新应用打开了大门。

至于性能，在短短六个月内，该实验室的钙钛矿太阳能电池平均转换效率达到15％，最高达到18％。

相比之下，LANL指出，经过数十年的研究，商业上常规的硅太阳能电池的转换效率已达到约20％，而理论上的最大值为33％。多结太阳能电池（多结是指使用层叠在一起的多种材料的奇特说法）可以达到40％，但钙钛矿的价格要便宜上千倍。

LANL的后续步骤包括，通过以钙钛矿的更定制形式替代研究中使用的“通用”形式，专注于提高硅太阳能电池的效率，微调制造工艺以及开发用于电极的更有效材料。

最大的障碍是上述稳定性问题，如果LANL不能独自破解，其他新出现的钙钛矿研究（这里是另一个例子）表明解决方案就在眼前。

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图片：LANL提供了高效率的钙钛矿晶体。