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钙钛矿还有另一个价值很高的特性:产生电压的效率。例如,在晶体硅太阳能电池中,需要从光子获得至少1.1电子伏(ev)的能量,从而将一个电子反冲出硅原子的束缚,成为自由电子。然后,电子到达电极,再进入电路,它们的电压会降至0.7ev,仅丧失了0.4ev——这也是硅在商业上取得成功的部分原因。
对于传统的dsscs和有机太阳能电池而言,这些损耗约为0.7ev~0.8ev。但是,钙钛矿的损耗仅有0.4ev,与商业利益相匹配。“钙钛矿的这些优点非常好。”yang说,“这就是我们想要的。”yang小组在过去10年里花费大量时间研究有机太阳能电池,将其效能提高到接近11%。但是,之后他们开始研究钙钛矿,“我们在5个月里使其能效达到13%。”yang说。
另外,钙钛矿在吸收蓝色和绿色光子方面比硅更好。钙钛矿的生成温度比玻璃的熔点低,工程师能够将它们直接铺在硅电池玻璃涂层的顶端。mcgehee表示,这一策略可能制造廉价串联电池,但是没有人这样做过。
遭遇障碍
太阳能电池企业需要新的活力。近年来,太阳能电池价格下降,经过残酷的商业淘沙,大量相关企业纷纷破产。gratzel指出,风险投资公司以及科学基金机构,对支持有机太阳能光伏电板和dsscs等进展缓慢研究的热情逐渐冷却。他补充道:“相关企业的情绪非常低落”。因此钙钛矿来得正是时候,“我们需要激励”。
即便如此,在钙钛矿太阳能电池为进入市场作好准备前还有很长的路要走。首先,cahen说,目前实验室里制造的大部分电池是微小的,仅几厘米大。相比之下,硅电池板直径能达数米。“很难生产较大的钙钛矿连续膜。”cahen说。而且没有研究人员能解决耐久性问题。钙钛矿电池对氧气非常敏感,会与其发生化学反应进而破坏晶体结构,并产生水蒸气,溶解盐状的钙钛矿。更糟的是,目前最好的钙钛矿中的铅可能会滤出,污染屋顶和土壤。
“这里也存在许多困难。”cahen说,“此时,我是一个乐观主义者,并且是材料研究的信徒。”有关钙钛矿的诸多挑战需要解决,“该领域在未来几年中将非常活跃”。gratzel说。全球太阳能电池市场价值每年将达到近500亿美元,研究人员有动力推进该领域的发展。
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