科学家对钙钛矿太阳能电池的研究表明可持续发展前景广阔

太阳能一直被认为是取代我们对化石燃料依赖的最可持续的选择，但将太阳能转化为电能的技术必须既高效又廉价。

冲绳科学技术研究生院(OIST)能源材料和表面科学部的科学家认为，他们已经找到了一种制造低成本高效太阳能电池的新方法。来自OIST的YabingQi教授和他的团队与中国陕西师范大学的ShengzhongLiu教授合作，利用模拟天然矿物钙钛矿晶体结构的材料和化合物开发了这些细胞。他们在NatureCommunications杂志上发表的一项研究中描述了他们的技术。

在齐教授所说的“金三角”中，太阳能电池技术需要满足三个值得商业化的条件：太阳能转化为电能的转换率必须很高，生产成本必须低廉，并且必须要有寿命长。今天，大多数商业太阳能电池由晶体硅制成，其具有约22%的相对高的效率。虽然这些太阳能电池的原材料硅很丰富，但加工过程往往很复杂并且会增加制造成本，使成品价格昂贵。

齐教授说，钙钛矿提供了更实惠的解决方案。2009年，日本横滨Toin大学的TsutomuMiyasaka教授的研究团队首次将钙钛矿用于制造太阳能电池，从那以后它迅速变得越来越重要。“对钙钛矿细胞的研究非常有前景。仅仅9年时间，这些细胞的效率从3.8%提高到23.3%。其他技术经过30多年的研究才达到同样的水平，”齐教授解释说。他和他的研究团队开发的制造方法生产的钙钛矿太阳能电池具有与晶体硅电池相当的效率，但它可能比制造硅太阳能电池便宜得多。

为了制造新的细胞，研究人员在透明导电基材上涂上了钙钛矿薄膜，可以非常有效地吸收阳光。他们使用了一种基于气固反应的技术，其中基板首先涂有一层三碘化氢，并加入少量氯离子和甲胺气体-使它们能够重复制造大型均匀的面板，每个面板由多个太阳能电池。

在开发该方法时，科学家们意识到使钙钛矿层厚度为1微米可以显着提高太阳能电池的工作寿命。“在工作800小时后，太阳能电池几乎没有变化，”YIST教授研究部门的博士后学者刘宗浩博士说，他是该研究的第一作者。此外，较厚的涂层不仅提高了太阳能电池的稳定性，而且便于制造工艺，从而降低了生产成本。“更厚的吸收层确保了太阳能电池制造的良好再现性，这是在现实工业规模设置中大规模制造的关键优势，”刘博士说。

Qi教授及其团队现在面临的最大挑战是将新设计的太阳能电池的尺寸从0.1mm2尺寸的原型增加到可以长达数英尺的大型商业尺寸面板。这是业界可以提供帮助的地方。“在实验室和现实中的研究结果之间存在很大差距，并且行业并不总是愿意自己完全弥补这一差距。因此，研究人员需要在实验室之外采取一个更必要的步骤，并在中途实现行业发展，“齐教授说。

为了迈出这一步，齐教授和团队在他们的概念验证计划下获得了OIST技术开发和创新中心的慷慨资助。有了这笔资金，该团队已经建立了一个新的钙钛矿太阳能电池模块的工作模型，该模块由5cm×5cm基板上的多个太阳能电池组成，有效面积为12cm2，比实验样机大得多，但小于商用所需的尺寸。目的。虽然扩大规模的过程已将细胞的效率从20%降低到15%，但研究人员乐观地认为，他们将能够改善未来几年的工作方式，并成功将其用途商业化。