钙钛矿太阳能电池
钙钛矿太阳能电池，科学家们在最新研讨中发现，一种钙钛矿结构的有机太阳能电池的转化功率或可高达22.1%，为现在市场上太阳能电池转化功率的2倍，能大幅下降太阳能电池的运用本钱。
2017年诺贝尔化学奖将于4日揭晓，武汉理工大学程一兵团队在钙钛矿光伏组件的制备技能上现已取得了实质性打破，这标志着武汉在这项“诺奖级”的技能上走在了国际前列。
钙钛矿太阳能电池因其所需的原资料储量丰厚，制备工艺简略且能够选用低温、低本钱的工艺完成高品质的薄膜而具有诱人的远景。这些有着高质量晶体结构的薄膜乃至能够与在高温下以高本钱取得的硅片的晶体质量比美，完成柔性化和“卷对卷”式的规模化出产。
为了应战硅在太阳能电池范畴的主导地位，制备钙钛矿电池还需求处理一些要害问题。现在，实验室中的电池样品只要指甲盖巨细，其安全性和长期安稳性也有待大幅提高——关于研讨人员而言，这将是一场艰苦的战役。
功率之战
在此前对钙钛矿太阳能电池能量转化功率的报导中，曾有过转化功率为20.1%的陈述记载，而晶体硅太阳能电池的单元转化功率最高值为25.6%。那么，为什么太阳能电池无法将太阳光能量100%地转化为电能？为什么研讨人员以为钙钛矿太阳能电池将有望逾越硅所创下的功率记载？
答案的要害就在资料内部可激起的电子和可自在移动的电子中。当阳光照耀太阳能电池时，一些电子会吸收能量而脱离原子捆绑。充溢能量的受激电子会穿过资猜中的晶格向一边移动，或从电池的一端逸出，或遇上一个妨碍或圈套然后释放出无用的热量。关于硅太阳能电池中的硅资料来说，一般需求选用高达900℃的高温加热处理以便尽或许地下降缺点浓度。但是钙钛矿只要约100℃就能够去除绝大多数晶体缺点。此刻，被光激起的电子相同能够顺畅地逸出钙钛矿，且不至于由于撞上过多的妨碍物而丢失太多的能量。
但关于任何依据半导体资料（例如硅或钙钛矿）制成的太阳能电池而言，太阳光能转化为电能的功率总有一个上限，这主要由半导体的“带隙”性质决议。带隙指的是使电子脱离捆绑成为自在电子所需的最小能量。不同半导体一般具有不同的带隙，由此会导致一个两难地步呈现：带隙越小，电池吸收的太阳光光谱规模就越大，也就能够运用更多的光能来激起电子，但每个电子的能量也会更低。即便太阳能电池资料的带隙处于最理想的巨细，也只能转化约33%的太阳能。
在制作钙钛矿时，研讨者们能够经过改动质料的成分来调理它的带隙宽度，因而钙钛矿太阳能电池在功率上逾越硅电池是或许的。研讨者还能够将带隙宽度不同的钙钛矿层叠加在一起变成叠层钙钛矿太阳能电池。有猜测指出，依据叠层结构的太阳能电池能够将太阳能的运用率提高到46%。
旧资料，新用处
矿物学家在19世纪就现已在地壳中发现了天然的钙钛矿，但直到2009年，日本桐荫横滨大学的研讨组才初次将人工钙钛矿制成了太阳能电池。他们选用的钙钛矿型资料是一种含有卤素和铅元素的钙钛矿型卤铅化合物，经过优化钙钛矿的成分并对电池结构中的其他功用层进行改进，使其功率打破了10%。
除了堆积工艺的优化之外，科学家也简化了电池中的一些功用层，使最新的钙钛矿太阳能电池看起来跟硅电池更像。正是这种简略的薄层状规划下降了硅电池的出产本钱，促进了大批量出产。一起，钙钛矿晶体薄膜的结晶性正在继续改进中，这样的发展趋势着实令人振奋。
商品化的漫绵长路
不过在完成这些愿景之前，钙钛矿还有很长的路要走。安稳性是钙钛矿太阳能电池最丧命的缺点。由于它们对湿润环境灵敏，暴露在湿润空气中会很快分化，因而有必要对其进行防水封装。依照产业界常规，一块太阳能电池板需求有25年的质量保证，相当于在安稳、亮堂的太阳光下作业约54000小时。因而，找到一种能够在较大温度规模内长期安稳作业的水汽阻隔技能非常重要。现在，也有一些公司测验将铜铟镓硒半导体等其他资料制成商业化的柔性太阳能电池产品，并取得了一些发展。
钙钛矿电池封装的重要性不只在于需求将水分阻隔在外，更要将电池中的化学成分密封在内，由于钙钛矿的成分中含有微量的铅。在资料毒性和安全性方面，钙钛矿太阳能电池能够学习依据碲化镉资料的太阳能电池技能——碲化镉太阳能电池板现在现已广泛国际各地，虽然镉的毒性比铅大得多，但这些电池现已过安全规范评价。钙钛矿企业或许能够从这一成功事例中学习牢靠的封装技能和严厉的测验计划。
美国麻省理工学院的研讨人员此前在铅的处理方面取得了一项令人振奋的发展：他们证明，车用铅酸蓄电池中的铅能够被安全地收回再运用，并用于制作钙钛矿电池。处理安全问题的另一条途径便是彻底撤销铅的运用。一些团队曾宣布相关文章报导了用锡替代铅制备钙钛矿电池的开始成果，但是含锡电池在功率和安稳性上都差劲于含铅电池。
由此看来，钙钛矿的革新者们需求给出一个在经济上更具说服力的理由，以招引满足的出资来扩展出产规模。虽然钙钛矿电池所需的原资料非常足够，且能够较低温度下运用廉价设备进行出产，但还需求考虑“周边体系本钱”，这包含装置资料和人力本钱、装置许可证和体系查看相关费用以及其他相关的费用。
与硅电池结盟
依据现在的状况看，钙钛矿电池或许能够与硅电池结成“联盟”，然后在现有的光伏市场上构成有力竞赛。研讨人员称，在硅层上方加一层钙钛矿太阳能电池，能够将二者结兼并构成一个“叠层”太阳能电池。钙钛矿资料能够很好地运用太阳光中能量较高的光（如蓝光或紫外光），这正好是硅所无法吸收的部分，这样便能激起更多具有较高能量和光电压的电子。研讨者们猜测，未来假如将最好的硅组件和钙钛矿器材合理地整合在一起，在不必大幅改动两者制作技能的状况下就能够取得逾越30%的功率，一起，周边体系本钱也将会大大下降。
逆向拓宽
钙钛矿太阳能电池的敏捷兴起也为科学家们和工程师们带来了其他方面的启示，如能够运用钙钛矿资料来制备其他类型的光电功用器材。此前，研讨人员已用金属卤化物钙钛矿资料制作出发光二极管（LED）和激光器，它们能经过冷发光进程有效地放出光。虽然针对此类新颖产品的研讨才刚刚开始，但研讨者信任，这一范畴将会越来越遭到我们的重视。
