钙钛矿太阳能电池的首创：量子点和“卓越”效率

下一代钙钛矿太阳能电池可能不是总统候选人希拉里·克林顿（Hillary Clinton）承诺的第一任期，届时美国将有50亿块太阳能电池板投入使用，这可能并不是她的初衷。但是，钙钛矿技术发展迅速，看起来这种成本相对较低，易于合成的太阳能友好材料可以在某些新面板中找到位置。

钙钛矿太阳能电池的首创

美国国家可再生能源实验室的朋友说，钙钛矿的“效率图表绘制速度比研究人员以往任何时候都快”。

在最新进展中，由NREL领导的研究团队已完成了首次使用量子点制造钙钛矿型太阳能电池的工作。

量子点是物质的微小粒子，因此，您可以算出组成它们的原子数。这是去年CleanTechnica的解释：

量子点是半导体材料的纳米级颗粒。他们之所以赢得“人造原子”的称号，是因为它们的电子特性可以精确地设计，并且因为他们的行为表现出在收集太阳能或发射光时的独特行为……

量子点的发光特性开始在医学领域和电子工业中引起关注。研究小组的这张照片说明了溶液中量子点的那些特性：

在太阳能电池中，正在部署量子点以提高效率（这是另一个示例）。

所以……他们怎么做到的？

量子点的优点之一是可以批量生产。它们是通过化学反应而不是制造机器或其他设备生产的。这意味着低成本，大批量制造的潜力很大。

NREL小组制作了碘化铯铯（CsPbI3）的量子点，说明了全化学方法：

通过向包含PbI2前体的烧瓶中添加Cs油酸酯溶液来合成CsPbI3纳米晶体。NREL研究人员使用乙酸甲酯作为抗溶剂纯化了纳米晶体，该纳米晶体去除了过量的未反应前体。

纯化过程通过增加量子点的稳定性增加了额外的功能：

与本体形式的CsPbI3相反，发现纳米晶体不仅在超过600华氏度的温度下稳定，而且在室温和零以下几百度的温度下也是稳定的。

这是一个关键的区别。大块形式的CsPbI3不够稳定，无法在室温下用于太阳能电池中。

有了CsPbI3量子点，该过程的下一步是将它们形成厚度为100-400纳米的薄膜。

结果是“在非常高压的电路中”，太阳能电池的转换效率为10.77％。

10.77％的效率有什么大不了的？

好的，所以大约10％的太阳能转换效率听起来并不令人印象深刻。但是，回到大约十亿个太阳能电池板的想法，如果想法是在相对较短的时间内用太阳能电池板饱和能源格局，那么效率最高的太阳能电池板并不一定能解决问题。

它们可能太昂贵，或者制造过程将太复杂和缓慢，或者供应链可能不可靠。

NREL研究背后的想法是找到一种可以在大批量生产过程中使用的相对丰富，低成本的太阳能材料。

考虑到这一点，研究人员一直在研究CsPbI3。问题在于散装形式的这种材料在环境温度下不稳定。新的NREL研究提供了前进的道路。

这是该研究的解释者，该研究的标题为“用于高效光伏的α-CsPbI3钙钛矿的量子点诱导的相稳定”，该研究的解释者：

CsPbI3是杂化有机阳离子卤化物钙钛矿的全无机类似物，但是本体CsPbI3（α-CsPbI3）的立方相（具有理想带隙的变体）仅在高温下稳定。我们描述了在环境空气中可稳定数月的α-CsPbI3QD薄膜的形成。

铅呢？

如果您发现铅方面的问题（即CsPbI3中的Pb），那么您会认识到钙钛矿太阳能电池存在问题。尽管他们承诺了一切，但他们仍然依靠臭名昭著的有毒元素作为基础。

这并不一定意味着它们无法在大众市场中安全部署。但是，这的确意味着必须密切监视和调节从摇篮到坟墓的寿命。

另一个安全措施是将铅基钙钛矿太阳能电池的使用范围限制在有限访问设施和其他安全位置。

同时，研究人员正在研究钙钛矿型太阳能电池的无铅角度，因此请继续关注。

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照片：Dennis Schroeder通过NREL拍摄的顶部钙钛矿型太阳能电池（经裁剪）；底部，通过NREL，“ Ashley Marshall，Erin Sanehira和Joey Luther的溶液具有全无机钙钛矿量子点的溶液，当用紫外线照射时，显示出强烈的光致发光”。