钙钛矿太阳能电池显示出希望，因为研究人员缓解生产的挑战

太阳能电池板的效率不断提高，并在成本上与不可再生能源竞争。虽然硅基太阳能系统是目前最容易实现的，但钙钛矿电池可能在未来几年成为焦点。

硅太阳能板经历了广泛的研究和开发，太阳能电池成本不到1美元每瓦，效率高达20%。然而，除非硅电池板能够继续提高效率并降低成本，否则不可再生能源(如煤炭、石油和天然气)将仍然是发电的主要选择。

虽然可再生能源来源作为化石燃料的清洁替代品，但太阳能电池板有一些缺点可能不会像人们想象的那样环保。

为太阳能电池创建硅晶片需要大量的能量，因为硅需要加热到1000摄氏度和1000摄氏度和在这种温度下保存了整整一个月随着种子晶体从熔融材料中抽出。这种高温要求直接导致电力要求高，因为行星上大多数电源来自非可再生源，这转化为CO₂生产。因此，生产阶段本身就是一个能源饥渴的冒险。硅板还含有对环境有潜在危险的化学物质(用来改变硅的电荷的掺杂剂)，所以当太阳能板在其生命周期结束时，它们需要适当的处理，否则就有释放污染物的风险。

绕过与硅太阳能电池板相关的环境，效率和成本问题一直是过去40年的渐进过程。然而，现在，研究人员一直在追求硅基细胞的替代品。其中一个主要替代方案是基于Perovskite晶体。

Perovskite面板

钙钛矿的太阳能电池，与硅电池不同，具有非常不同的化学结构。这些细胞包括钙钛矿结构化合物，其具有与氧化钙氧化钙的晶体结构相同的结构。通常，这些类型的细胞基于有机 - 无机铅或锡卤化锡基材料，其层接收输入光子。重要的是，Perovskite面板通常具有广泛的吸收光谱，并且通常可以吸收最多（如果不是全部）可见光。

回到2009年，这些太阳能电池的效率为3.8％，但截至2017年，他们已经超越了普通硅细胞，目前效率约为22.7％。为了提高这种效率，波茨坦大学和Hzb（Helmholtz-Zentrum Berlin）的研究小组一直在努力更好了解效率低下的位置。他们的研究发现，普罗夫斯基特晶体和允许电子的运输层的太阳能电池层之间的界面可能有缺陷，导致重要电荷载体的损失。这突出了与Perovskite相关的主要缺点之一，这些缺点是目前由全球的研究人员讨论的。

成本，寿命和材料科学：佩洛夫斯基特的挑战和解决方案

佩洛夫斯基钛矿，对于所有的好处，有一些也有一些困扰硅的主要问题。这些问题中是效率，危险的材料，并使钙钛矿细胞成为批量生产的可行选择。好消息是全球的研究人员正在为这些问题提出可能的解决方案。

减少有害物质

像硅一样，钙钛矿细胞通常由有毒且甚至可能的致癌物质制成，这可能使它们对人类非常有害。一种尤其是引起问题的一种化学物质是PBI（铅碘化物）这是一个崩溃产品随着细胞随着时间的推移而降解。PBI非常有毒，会导致急性和慢性后果类似于铅中毒。为了使这些危险的化学物质密封在电池中，需要提高其成本的更多材料。

然而，研究人员可能已经解决了铅毒性问题，韩国科学技术院的一个研究团队已经解决了这个问题提出了一种新的材料，cs2au2i6，不使用铅。虽然这些细胞中的主要材料是低成本且易于制造的，但使用的电极通常是具有非常高的市场价格的材料，使得成本克服顽固挑战。

碘化铅是一种毒性很强的化学物质。图片由w . Oelen[3.0 CC冲锋队]

增加新制造方法的效率

在制造方面，生产钙钛矿太阳能电池已经难以证明。希望减轻这个问题，研究人员正在寻找更加可行的钙钛矿细胞的生产方法。

如上所述，Perovskite中低效率的主要原因之一是Perovskite和传输层之间的界面。目前正在通过应用传输层的新方法积极解决这一点。

6月，纽约市坦桑兰工程学院宣布了佩罗夫斯基酋的新概念由他们的部门的研究人员开发，由北京大学，中国，耶鲁大学和约翰霍普金斯大学和约翰霍普金斯大学配合北京大学北京大学。研究人员将一层PCBM（[6,6] - 苯基-C（61） - 丁酸甲酯）喷涂到钙钛矿细胞中，以充当电子传输层或ETL。

在一种被称为p-i-n结构的太阳能电池设计中，当光照射到带负电荷的ETL表面时，它的电子就会被激发，并沿着捕获光的“固有”层(钙钛矿晶体)被引导到带正电荷的空穴传输层(HTL)。到目前为止，这种p-i-n结构的一个问题是ETL很难始终放置在钙钛矿晶体的顶部。

纽约大学设计的喷枪钙钛矿太阳能电池。图片由纽约大学。

从本质上讲，研究人员通过使其喷气刷方法更均匀，在钙钛矿晶体上为电子传输层实现了更高的电导率。据报道，这一变化恢复了电力转换效率的30％，从13％到17％，导致ETL中的缺陷更少（再次，可能导致批量生产细胞时的成本问题）。

增加寿命

目前正在研究的另一个问题是钙钛矿细胞的寿命很短。目前，国家可再生能源实验室生产持续5000小时的细胞。要进入视角，细胞将持续208天，而传统面板的寿命为20年（请记住，太阳能电池面板可能持续时间比这更长。

寿命如此短的原因是钙钛矿面板非常容易受潮，很容易损坏。除非这些面板能够使用更长的时间，钙钛矿电池可能是完全不经济的，因为面板将需要每六个月更换一次。话虽如此，第一批细胞只存活了几个小时，研究人员正在努力寻找提高寿命的方法。

四月，博士候选人Armi Tiihonen在这个主题的芬兰Aalto大学辩护了她的论文。与研究人员一起，Tiihonen一直在努力钙钛矿细胞的寿命更长而且还更容易监控磨损迹象。作为染料敏化的钙钛矿细胞年龄，它们从深色转向黄色，表明磨损。根据Tiihonen的说法，减少导致钙钛矿细胞（如水和UV光）降解的因素是重要的，但不是改变这些染料敏化细胞中使用的电解质。通过将碘的电解质组成改变为钴，研究员Kati Miettunen报告了“太阳能电池寿命的十倍增加”。

结合优势：钙钛矿油墨和钙钛矿和硅杂交品

Perovskite面板可能是未来太阳能技术的关键，但是，即使他们有高效率，也可以生产廉价，并且可以应用于薄膜形式，他们仍然需要解决他们的毒性问题，并且他们令人难以置信的短暂的寿命来认真对待作为可再生的替代品。

然而，如果钙钛矿电池不能通过自己的蒸汽进入，可能还有其他可行的方法。

研究人员已经设法发展钙钛矿细胞以墨水的形式可以涂在表面以形成薄膜太阳能电池。实施方式的一个想法是在这种墨水中涂覆现有的硅太阳能电池，努力提高两个面板的整体效率（因为薄膜通常是透明的。

可以在硅太阳能电池上涂漆的钙钛矿墨水以额外效率。图片礼貌NREL.

这种方法将基本上提高硅的效率，而不需要改变原来的面板。

但是，在硅上涂上钙钛矿可能不是将两种材料结合在一起的唯一选择。今年6月，来自法国EPFL (École polytechnique fédérale de洛桑)的研究人员提出了用钙钛矿覆盖硅晶体本身的概念。这硅 - 佩罗夫斯基特hyrbid据报道，已达到25.2％的效率。

无论佩洛夫太阳能电池板是否更换硅或两种材料是否合并，太阳能的未来都看起来很逊赏。