钙钛矿太阳能电池受到热捧

由于全球可持续发展和清洁能源的大趋势影响着我们为实现地球绿色未来而采取的能源战略，风能和太阳能等可再生技术成为研究的重点领域。在太阳能技术领域，钙钛矿太阳能电池(PSC)这一新兴领域在过去15年中广受关注。

然而，在一个由硅太阳能电池主导的领域，相对较新的钙钛矿太阳能电池技术除了具有高功率转换效率外，还必须满足另外两个关键要求才能成功实现商业化：稳定性和可扩展性。

在《科学》杂志最近发表的一篇论文中，阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员报告了一个重要的里程碑，即钙钛矿太阳能电池首次成功通过光伏湿热试验。

湿热试验是一种加快的严格环境老化试验，旨在确定太阳能电池板长期承受高湿度渗透和高温环境暴露的能力。该测试是在85%的湿度和85摄氏度的受控环境下进行1,000小时。这是为了模拟多年的户外暴露条件，并评估腐蚀和分层等因素。

通过测试

该测试的严酷性符合光伏技术的商业化要求，即光伏(PV)技术需要保障传统晶体硅组件具有25至30年的稳定性。为了通过测试，太阳能电池必须保留其初始性能的95%。

该项研究由Stefaan De Wolf的KAUST光伏实验室博士后研究员Randi Azmi领导。他们的研究必须克服密封的钙钛矿太阳能电池具有的一个持久弱点，以防止封装泄漏。3D钙钛矿薄膜的这一弱点会允许不必要的大气介质渗入，并使其抗热能力受限。KAUST研究人员的解决方案是通过设计和引入2D钙钛矿钝化层来同时提高功率转换效率和钙钛矿太阳能电池的使用寿命。

钙钛矿能取代硅吗？

钙钛矿的特殊性在于它是一种薄膜技术。与传统太阳能电池一样，它仍然需要由特定类型材料制成的两个触点。一个负责收集电子，另一个的功能是收集带正电的“空穴”——代表失去电子。但与硅晶片不同的是，钙钛矿可以使用前驱体溶液直接涂覆在玻璃基板上。该溶液由结晶成固态的溶剂制成。

钙钛矿太阳能电池板的显著优势之一是无需昂贵的设施和超过1,000度的能源密集型环境就可制造前驱体材料，这对于更传统的半导体（如硅）却是典型的场景。

De Wolf解释道：“这是制造太阳能电池的一种非常简单的方法。此外，虽然其光电特性并非特别突出，但依然非常出色。它们与质量非常高的传统半导体旗鼓相当。这非常了不起。通过改变成分，还可以调整它对从紫外到红外的整个太阳光谱的光谱灵敏度。这对于某些应用场景非常有吸引力。”

在性能和稳定性之后，剩下的挑战是可扩展性。大多数太阳能电池的应用都集中在公用事业部门和屋顶面板。

De Wolf表示：“市场是以硅为基础的，而且至少在未来20年内将维持现状。因此，我们主要关注改善钙钛矿太阳能电池的性能，以推进更高效的‘串联’解决方案，将传统的硅和钙钛矿搭配使用。当前的发现对提高这种钙钛矿/硅串联太阳能电池的可靠性大有裨益。”

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