对硅太阳能电池与钙钛矿材料结合的潜力的回顾强调了如何扩大这项技术的规模。Credit: 2024 KAUST;Heno黄

　　2009年，研究人员证明了由钙钛矿，特别是甲基溴化铅和甲基碘化铅制成的太阳能电池，具有优越的光吸收能力。这些材料被称为卤化铅钙钛矿或简称钙钛矿，标志着光伏研究新途径的开始。虽然钙钛矿太阳能电池最初的效率相对较低，但它为该领域的未来发展奠定了基础。

　　今天，很明显，未来的太阳能电池很可能包括这些钙钛矿与传统硅的结合。Erkan Aydin、Stefaan De Wolf和KAUST的一个团队已经研究了这种串联技术如何走出实验室，并扩大规模用于商业制造。

　　钙钛矿之所以令人兴奋，是因为它们可以在低温下制造，而且很容易沉积在大多数表面，包括柔性表面，这使得它们更轻，适应性更强，而且可能比硅太阳能电池板更便宜。

　　串联电池的优点

　　“钙钛矿和硅太阳能电池都被证明是高效的;然而，在单个电池中串联使用它们可以通过将未转换为电荷的损失最小化来更好地利用阳光，”艾丁说。

　　艾丁和他的合著者绘制了串联太阳能电池制造的发展图，该技术可以增加尺寸和功率转换效率。但他们强调，要使它们在商业上可行，还需要其他方法。

　　扩大规模的挑战

　　例如，一个挑战是硅表面的形貌会影响钙钛矿的沉积。迄今为止，性能最好的实验室设备使用了钙钛矿前驱体油墨的自旋涂层与抗溶剂处理相结合。然而，这种方法不适合商业处理，因为它很难扩大规模，浪费了大量的材料。Aydin和合著者讨论了替代方法的优缺点，例如槽模涂层和物理气相沉积。

　　另一个需要考虑的问题是，水分和热量以及它们与光的结合会加速钙钛矿亚电池的降解。作者详细介绍了钙钛矿/硅串联太阳能电池的各种加速老化和真实环境测试，并强调了在这个方向上集中努力的必要性。这些有助于预测钙钛矿/硅模块在一系列恶劣环境中的可靠性和寿命。

　　“我认为最大的挑战是提高钙钛矿亚电池的可靠性，”Aydin说。“到目前为止，我们的研究活动表明，我们还没有达到任何基本极限，所以我们需要更集中的努力来实现长期稳定的设备。”

　　已经介绍了概念验证串联模块。然而，考虑到重大的实际挑战，目前尚不清楚钙钛矿/硅串联何时能达到市场水平。然而，开发高效商用太阳能电池的成功对于满足日益增长的能源需求，同时减少对环境的影响至关重要。

　　参考文献:Erkan Aydin, Thomas G. Allen, Michele De Bastiani, Arsalan Razzaq, Lujia Xu, Esma Ugur, Jiang Liu和Stefaan De Wolf的“通往商业钙钛矿/硅串联光伏的途径”，2024年1月12日，Science。DOI: 10.1126 / science.adh3849