澳大利亚和中国的研究团队正逐渐接近一种可能彻底改变太阳能行业的太阳能电池设计，但仍然存在许多障碍。
关键在于钙钛矿，这是一种1800年代中期在俄罗斯首次发现的晶体结构。工程师们希望利用这种材料制造更便宜、更高效的太阳能电池板——可能与流行的且更耐用的硅基电池板串联使用。
澳大利亚国立大学 (ANU) 的研究科学家兼教授托马斯·怀特说：“现在有很多重点放在提高效率上，这就是为什么突然出现这些串联方法的原因。”
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他说，另一个原因是：“降低制造成本变得越来越难。”
怀特和其他人表示，进步的关键在于提高能量转换效率——即电池板将阳光能量直接转化为电能的程度。
硅基光伏 (PV) 电池板的效率通常为 16% 至 18%，研究人员表示，硅光伏效率的理论极限为 29%。
研究表明，钙钛矿太阳能电池板可以实现高达 35% 的效率，同时还可以通过减少制造过程中的一些步骤来降低成本。
怀特在一次采访中说：“它们的优点在于你可以通过溶液处理它们。” “与硅不同，硅必须经过非常工业化的提纯才能获得非常高纯度的硅，而这些材料我们实际上是以粉末形式购买的，我们将它们混合到溶剂中，然后我们可以将它们旋涂或以非常薄的薄层涂覆在玻璃基板上，如果你能扩大规模，这可能会使它们非常便宜。”
这种潜力引起了关注和支持。
澳大利亚可再生能源署 (ARENA) 最近宣布为支持先进太阳能光伏能源应用的研究和开发提供资金。另外 1500 万美元可用于研发团队，用于报废太阳能光伏解决方案，特别是“通过使用串联材料来提高硅基太阳能光伏的成本效益”。
ARENA 已获得澳大利亚国立大学和中国太阳能电池板制造巨头晶科能源的科学家们的支持，共同致力于钙钛矿太阳能技术的商业化研发。
早期出现了一些有希望的迹象。
去年，澳大利亚国立大学团队宣布了一项更大的钙钛矿太阳能电池的记录，在实验室中实现了 21.6% 的效率。美国和韩国的研究人员已实现 24.2% 的钙钛矿转换效率，但澳大利亚国立大学表示，其团队的里程碑标志着“有史以来在一定尺寸以上的钙钛矿电池中实现的最高效率”。
在最近一份关于太阳能光伏未来的报告中，国际可再生能源机构 (IRENA) 将钙钛矿描述为当今太阳能技术研究中“最有前途的材料之一”——“一种非常擅长吸收光的矿物”并且“非常容易在实验室中制造”。
国际可再生能源机构表示，值得关注钙钛矿太阳能研发，但该机构警告说，中国、澳大利亚、美国和其他研究机构需要一段时间才能破解将其商业化的密码。
最大的障碍仍然是耐用性——钙钛矿晶体比硅分解得更快。
国际可再生能源机构解释说：“由于晶体容易溶解，它们无法应对潮湿条件，需要通过封装来防止水分，例如通过氧化铝层或密封玻璃板。”
澳大利亚国立大学的怀特承认了这种缺陷。他补充说，钙钛矿的耐热性也不如硅。
他说：“目前的主要挑战是稳定性。” “我们仍在努力使它们足够稳定，以至于你想将它们安装在屋顶上 25 年。因此，这仍然是一个尚未解决的问题。”
他认为这是一个可以克服的挑战，特别是通过 ARENA 推广的“串联”方法，即将钙钛矿与硅层结合，以大大提高阳光能量转换并提高耐用性和稳定性。串联方法的主要好处是更好的能量捕获。
怀特补充说：“如果你将两种太阳能电池材料放在一起，你可以优化一种电池来吸收蓝光和绿光，这提供高能量，而另一种电池则针对红外光进行了优化。” “如果你将两者放在一起，一个叠在另一个之上，那么效率极限就会显着提高。”
总部位于阿拉伯联合酋长国阿布扎比的国际可再生能源机构认为，如果这些障碍能够被克服，这项技术有潜力改变太阳能光伏产业。
该机构总结说：“钙钛矿电池有可能改变太阳能发电的动力和经济性，因为它们比太阳能电池更便宜，并且可以在相对较低的温度下生产，这与硅不同。”
中国和美国大学的工程师在最近一期的科学期刊《先进功能材料》中深入研究了钙钛矿太阳能电池研究的现状。他们的论文承认了提高稳定性的问题，但也强调了“钙钛矿太阳能电池效率的惊人进步”。
尽管如此，该团队得出结论，下一步必须关注使钙钛矿像硅一样耐用，然后才能实现商业化。
怀特对此表示赞同。“这将决定钙钛矿在未来几年的成败，”他说。
经 E&E News 许可，转载自 Climatewire。E&E 在 www.eenews.net 上提供每日重要的能源和环境新闻报道。