太阳能电池革命，或许要靠200年前的一项发明_风闻

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钙钛矿材料稳定性研究方面的重大进展，或对主流硅电池产生冲击。

钙钛矿结构。

美国俄勒冈州立大学（OSU）等发现，一种两个世纪前发现的晶体结构材料，可能是引领太阳能电池革命的关键。

虽然并非所有具有这种结构的钙钛矿材料都是半导体，但以金属和卤素为基础的钙钛矿在光伏电池领域表现出了巨大潜能。以这类钙钛矿为主的光伏电池，制造成本比主流硅基电池低得多。

研究人员表示，它们甚至有足够的潜力在未来分割化石燃料在能源领域的份额。

OSU工程学院研究人员John Labram曾在《通信物理》和《物理化学快报》发表了关于钙钛矿稳定性的论文。

7月3日，他与牛津大学的研究人员，继续在《科学》杂志中阐述了钙钛矿稳定性问题。他们发现哌啶盐能够显著延长钙钛矿太阳能电池的寿命。

1839年，俄罗斯矿物学家Gustav Rose在乌拉尔山脉发现了一种有奇特晶体结构的钙钛氧化物。2009年，日本科学家Tsutomu Miyasaka证实钙钛矿是高效吸光材料。此后，钙钛矿研究逐渐升温。

Labram参与的三篇论文进一步加深了研究人员对这种半导体材料的认识。Labram说：“钙钛矿太阳能电池低廉的成本，有可能对化石燃料主导的能源市场产生极大冲击。然而，钙钛矿材料在持续光照下的稳定性问题是其商业化的主要障碍。”

在过去的两年中，Labram等搭建了专门的实验装置来研究太阳能材料的电导-时间关系。他说：“通过与牛津大学合作，我们发现光引发的不稳定性会持续数小时，即使没有电接触也是如此。这一发现有助于澄清在太阳能电池中观察到的类似结果，进而掌握提高稳定性的关键。”

仪器测试进行中。

70年前，贝尔实验室开发了首款实用的太阳能电池。按现在的标准，它的效率只有6%，并且造价高昂。随着时间的推移，太阳能电池的制造成本逐渐降低，效率提升。

2012年，牛津大学的Henry Snaith取得了突破性进展：除了用作敏化剂，钙钛矿还能作为太阳能电池的主要成分。

8年过去了，钙钛矿电池的效率达到了25%，至少在实验室里足以与商业硅电池媲美。

虽然钙钛矿电池能以柔性方式大批量生产，但它在高温下不稳定，并且受潮易分解。这对于一种需要有20~30年寿命的产品来讲，是致命的缺陷。

Labram说：“一般来说，在欧美地区销售一块太阳能电池板，需要有25年的寿命。硅电池在这方面表现优异，但它的制造条件过于苛刻，成本太高昂。钙钛矿的缺陷容忍度很高，它能溶解在溶剂中，然后在近室温条件下打印出来。我们需要做的，就是提高材料稳定性，确保它能够有25年的寿命。”

一条可行的路线是硅-钙钛矿串联电池。Labram表示，串联电池的实验室效率已经接近30%。

在未来，半透明钙钛矿薄膜也有望应用于智能建筑，在保证光照的同时，提供部分电能。

Labram说：“在能源生产方面，成本是最重要的因素。尽管历史已经告诉我们，针对气候变化的政治行为在很大程度上是无效的，但如果你能用可再生能源，以低于化石燃料的成本发电，你需要做的事情就很简单了——制造出这种产品，然后让市场去处理其余的事情。”

编译：雷鑫宇

审稿：西莫

责编：程建兰

期刊来源：《科学》，《通信物理》，《物理化学快报》

期刊编号：0036-8075，2399-3650，1948-7185

原文链接：

https://phys.org/news/2020-07-crystal-years-key-solar-cell.html

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