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钙钛矿太阳能电池优缺点

钙钛矿太阳能电池优缺点

钙钛矿太阳能电池,科学家们在***研究中发现,一种钙钛矿结构的有机太阳能电池的转化效率或可高达22.1%,为目前市场上太阳能电池转化效率的2倍,能大幅降低太阳能电池的使用成本。相关研究发表在***一期的《自然》杂志上。

尽管研究团队还没有演示以新材料为原料制造的高效太阳能电池,此项研究已成为此前诸多研究强有力的补充,证明了拥有独特晶体结构的钙钛矿有望改变太阳能产业的面貌。当前市场上占主流的太阳能电池以硅和碲化镉为材料,达到目前的转化效率历时10多年;而钙钛矿只花了短短4年时间的研究,有鉴于此,即使业界保守人士也对钙钛矿非常看好。

该研究的***、宾夕法尼亚大学能源创新研究中心联合主任安德鲁˙阿姆表示,以新式钙钛矿为原料制造的太阳能电池能将大约一半的太阳光直接转化为电力,为目前的2倍,因此,只需一半太阳能电池就可提供同样的电力,这将大大减少安装成本,从而让总成本显著降低。

另外,阿姆说,与传统太阳能电池材料不同,新材料并不需要电场来产生电流,这将减少所需材料的数量,产生的电压也更高,从而能增加能量产出;而且,新材料也能很好地对可见光做出反应,这对太阳能电池来说意义重大。

研究人员也证明,新材料稍作改变就能有效地将不同波长的太阳光转化为电力,科学家们可借此制造出拥有不同层的太阳能电池,每层吸收不同波长的太阳光,从而显著提高能效。

不过,有专家则强调,尽管这些属性非常有用,但阿姆团队要想制造出可用的钙钛矿太阳能电池还有很长的路要走。首先,这种太阳能电池产生的电流很低。

钙钛矿太阳能电池的优缺点

2009年到2015年的短短6年间,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从3.8%一下子跃升至20.3%,提高了5倍多。其效率进步之快,以至于被《科学》期刊评为2013年的10大科学突破之一。当前,钙钛矿太阳能电池的学术研究仍然十分活跃,其产业化前景也十分看好,但实用化技术的研究成果尚待突破。

 

这是因为:

钙钛矿电池的优势:

转换效率发展速度快——6年时间从3.8%升到20.3%,而2013年11月美国科学家在***研究中发现,新式钙钛太阳能电池的转化效率或可高达50%,为目前市场上太阳能电池转化效率的2倍,这说明了它还有很大的发展潜力; 电池制作工艺简单——实验室中常采用液相沉积、气相沉积工艺、液相/气相混合沉积工艺;

电池发电成本低——甚至有可能会比火力发电还低;

建筑一体化潜力——钙钛矿型电池属于薄膜电池,目前主要就是沉积在玻璃上,还可以通过控制各层材料的厚度和材质来实现不同程度的透明度,当然效率也会降低,不过这类应用是值得尝试的。例如牛津大学的实验室已经可以做出半透光(灰褐色)的电池。如果将采光与发电融为一体的太阳能电池开发顺利,有望成为高楼大厦幕墙装饰、车辆有色玻璃贴膜等的替代品。

 

二钙钛矿电池的劣势:

材料有毒——钙钛矿电池材料含有铅,不过铅跟其他类型电池含有的砷、镓、碲、镉相比,简直就是小巫见大巫。而美国西北大学也已研发出一种用锡代替铅的钙钛矿太阳能电池,不过这种电池的转换效率还只有6%,而且材料非常不稳定,目前处于研发初级阶段;

材料不稳定——钙钛矿中的铅容易氧化使碘挥发,且当晶体遇湿时则易分解。如果我们使用钙钛矿电池发电,它很有可能分解渗出流到屋顶或土壤中;

电池寿命不长——目前,寿命最长的钙钛矿太阳能电池可达到1000小时,由华中科技大学和洛桑联邦理工学院合作研发。而传统晶硅电池寿命一般可达到25年,比钙钛矿电池长得多。

 


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