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钙钛矿:可以改变太阳能的“神奇材料”

2025-10-24 23:05:05

一名研究人员准备对串联太阳能电池进行测量


一些人认为,钙钛矿太阳能电池的进步意味着我们正处于下一次太阳能技术升级的边缘。但这完全取决于他们在现实世界中的表现。


太阳能光伏 (PV) 电池样品堆放在一起,等待进行各种测试。一位研究人员使用电子显微镜扫描和分析电池中可能影响效率的杂质。另一个测量细胞对光谱变化的反应。


串联钙钛矿太阳能电池。


该技术将硅(目前用于全球电池板太阳能光伏 (PV) 的材料)与钙钛矿材料相结合,大大提高了太阳能电池板将阳光转化为电能的效率。


传统硅电池板在当今的太阳能光伏市场中占据主导地位,但其效率上限相对较低


根据这种“神奇材料”的支持者的说法,钙钛矿电池板有望以低廉的价格提高太阳能发电场和屋顶产生的能量,并且比卫星和电动汽车上的硅电池板效果要好得多。


钙钛矿对湿气和热量的敏感性更高,这意味着降解速度更快。他们还担心钙钛矿通常含有铅,这是一种可能对健康和环境产生影响的有毒物质。


太阳能目前占全球发电量的近 7%,并且正在快速增长:到 2024 年将增长 29%。它还成为全球第二便宜的新电力来源


2023 年的一项分析发现,即使没有进一步的气候政策,太阳能技术的发展轨迹可能已经达到主导全球电力市场的临界点。


传统的硅电池板在当今的太阳能光伏市场中占据主导地位,但其效率(衡量转化为能量的阳光量)的上限相对较低。效率是可再生能源的关键,因为在全球脱碳所需的规模上扩大增长依赖于以尽可能低的成本生产最高水平的能源。


钙钛矿相对于硅的主要优点是,由于电池内电子的高迁移率等多种因素的结合,钙钛矿可以将更多的光谱转化为能量。


钙钛矿电池可以在某些应用中单独使用。它们是超薄的,这意味着它们可以喷涂到窗户等表面上。


但是,将钙钛矿与硅结合使用,在吸收太阳能量方面具有硅和钙钛矿的优势。纯硅电池的效率通常为 21-23%,尽管可以改进,但理论最大值约为 33%。在钙钛矿串联太阳能电池中,理论最大效率提高到 47% 以上。


钙钛矿串联太阳能电池板也有其缺点。一项研究发现,由于制造需要额外的工艺,该技术每块电池板对环境的影响比普通硅太阳能光伏高出 7%,尽管它也指出,它们增加的产量足以弥补这一点,因为相同的能量量需要更少的电池板。


钙钛矿还容易受潮和高温的影响,早期的产品的耐用性和稳定性远不如硅。面板内部的少量铅(一种有毒物质)也引起了人们的注意。


与电池板的能量输出相比,使用的铅规模很小,远低于燃烧煤炭产生的相同数量的能量,该实验室研究钙钛矿在太阳能技术中的商业可行性。


通过设计适当的回收或再利用流程,可以避免处置面板时的任何毒性问题。


其电池板的设计回收方式与标准硅电池板(也含有铅)相同。整个太阳能行业都在研究如何最好地回收电池板,包括铅。


运营重点是。


在这里,环境室进行“加速老化测试”,将测试单元暴露在高温、潮湿和快速冷热循环等极端条件下,在数周或数月内模拟多年的环境暴露。


这些测试让我们了解电池如何在各种条件下在现场降解,而无需等待 5 年、10 年或 15 年。


考虑到钙钛矿对水分和热的敏感性,显示其长期可靠性的数据对于商业化至关重要。


无论如何,虽然串联电池比纯硅电池降解得更快,但它们产生的额外功率对生存能力很重要

你不能仅靠太阳能运行车辆,因为它的重量很大,但为电池提供涓流充电以延长续航里程绝对是可能的。


串联钙钛矿板也受到关注,用于潜在的太空应用,例如为卫星供电。太空中的太阳能传统上是使用砷化镓制成的太阳能电池板产生的,因为它比硅效率更高,并且可以更好地应对太空中的高温和辐射。但串联钙钛矿板以低得多的成本具有相同的好处——这对于当今发射的寿命较短的新一代更便宜的卫星非常重要。


太空产品的开发还处于早期阶段,并指出牛津光伏正在与“许多人”讨论这个问题。


即使用于太阳能发电场和屋顶,钙钛矿串联电池的情况也“才刚刚开始”。太阳能行业正在“不可避免地转向”这项技术。


现在的关键是看看串联钙钛矿板在现实世界中的表现如何。认为你拥有耐用的东西是一回事,但在现场展示它是另一回事。虽然我们预计钙钛矿将真正推动现实世界中性能的许多不同方面,但我们需要看到这一点。









源:BBC

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