太阳能电池技术的光明未来

利用来自太阳能的能量，从太阳系中心释放巨大的能量，是实现可持续能源供应的关键目标之一。

使用称为太阳能电池的电子设备可以将光能直接转换成电力。迄今为止，大多数太阳能电池都是由硅制成的，这种材料非常擅长吸收光线。但硅面板的生产成本很高。

科学家一直在研究一种由钙钛矿结构制成的替代品。真正的钙钛矿是地球上发现的一种矿物质，由特定分子排列的钙，钛和氧组成。具有相同晶体结构的材料被称为钙钛矿结构。

钙钛矿结构作为太阳能电池的集光活性层很有效，因为它们有效吸收光线，但比硅便宜得多。它们也可以使用相对简单的设备集成到设备中。例如，它们可以溶解在溶剂中，并直接喷涂到基材上。

由钙钛矿结构制成的材料可能潜在地革新太阳能电池器件，但是它们具有严重的缺点：它们通常非常不稳定，在暴露于热时恶化。这阻碍了他们的商业潜力。

冲绳理工大学研究生院（OIST）能源材料与表面科学研究所由齐亚平教授领导，开发出采用新型钙钛矿材料的器件，该材料稳定，高效，生产成本相对较低，铺平了道路用于未来太阳能电池的使用。他们的工作最近发表在Advanced Energy Materials上。博士后贾良博士和刘宗豪博士对这项工作做出了重大贡献。

这种材料有几个关键特征。首先，它是完全无机的 - 这是一个重要的转变，因为有机组分通常不耐热并且在加热下降解。由于太阳能电池在阳光下会变得非常热，因此热稳定性至关重要。研究人员用无机材料代替有机部分，使钙钛矿太阳能电池更加稳定。

“曝光300小时后，太阳能电池几乎没有变化，”论文作者Zonghao Liu博士说。

然而，全无机钙钛矿太阳能电池的光吸收比有机 - 无机杂化物低。这是第二个特征出现的地方：OIST的研究人员用锰来掺杂他们的新电池，以改善其性能。锰改变了材料的晶体结构，提高了其捕光能力。

“就像当你在菜中添加盐来改变它的味道一样，当我们添加锰时，它会改变太阳能电池的特性，”刘说。

第三，在这些太阳能电池中，在太阳能电池和外部电线之间传输电流的电极由碳制成，而不是通常的金制成。这种电极显着更便宜并且更容易生产，部分原因是它们可以直接印刷到太阳能电池上。另一方面，制造金电极需要高温和专业设备，如真空室。

在钙钛矿太阳能电池变得像硅太阳能电池一样具有商业可行性之前，仍有许多挑战需要克服。例如，虽然钙钛矿太阳能电池可以维持一年或两年，但硅太阳能电池可以工作20年。

齐和他的同事们继续研究这些新型电池的效率和耐久性，并且正在开发以商业规模制造这些电池的过程。鉴于自2009年第一颗钙钛矿太阳能电池被报道以来，该技术发展的速度有多快，这些新电池的未来看起来非常光明。