| 旧材料，新用途 矿物学家在19世纪就已经在地壳中发现了天然的钙钛矿，但直到2009年，日本桐荫横滨大学的研究组才首次将人造钙钛矿制成了太阳能电池。他们选用的钙钛矿型材料是一种含有卤素和铅元素的钙钛矿型卤铅化合物，通过优化钙钛矿的成分并对电池结构中的其他功能层进行改进，使其效率突破了10%。 除了沉积工艺的优化之外，科学家也简化了电池中的一些功能层，使最新的钙钛矿太阳能电池看起来跟硅电池更像。正是这种简单的薄层状设计降低了硅电池的生产成本，促进了大批量生产。同时，钙钛矿晶体薄膜的结晶性正在持续改善中，这样的发展趋势着实令人振奋。 商品化的漫漫长路 不过在实现这些愿景之前，钙钛矿还有很长的路要走。稳定性是钙钛矿太阳能电池最致命的弱点。由于它们对潮湿环境敏感，暴露在潮湿空气中会很快分解，因此必须对其进行防水封装。按照产业界惯例，一块太阳能电池板需要有25年的质量保证，相当于在恒定、明亮的太阳光下工作约54000小时。因此，找到一种能够在较大温度范围内长时间稳定工作的水汽阻隔技术十分重要。目前，也有一些公司尝试将铜铟镓硒半导体等其他材料制成商业化的柔性太阳能电池产品，并取得了一些进展。 钙钛矿电池封装的重要性不仅在于需要将水分隔绝在外，更要将电池中的化学成分密封在内，因为钙钛矿的成分中含有微量的铅。在材料毒性和安全性方面，钙钛矿太阳能电池可以借鉴基于碲化镉材料的太阳能电池技术——碲化镉太阳能电池板如今已经遍及世界各地，虽然镉的毒性比铅大得多，但这些电池已通过安全标准评估。钙钛矿企业或许可以从这一成功案例中学习可靠的封装技术和严格的测试方案。 美国麻省理工学院的研究人员此前在铅的处理方面取得了一项令人振奋的进展：他们证明，车用铅酸蓄电池中的铅可以被安全地回收再利用，并用于制造钙钛矿电池。解决安全问题的另一条途径就是完全取消铅的使用。一些团队曾发表相关文章报道了用锡代替铅制备钙钛矿电池的初步结果，然而含锡电池在效率和稳定性上都逊色于含铅电池。 由此看来，钙钛矿的变革者们需要给出一个在经济上更具说服力的理由，以吸引足够的投资来扩大生产规模。虽然钙钛矿电池所需的原材料十分充足，且可以较低温度下使用廉价设备进行生产，但还需要考虑“周边系统成本”，这包括安装材料和人力成本、安装许可证和系统检查相关费用以及其他相关的费用。 与硅电池结盟 根据目前的情况看，钙钛矿电池或许可以与硅电池结成“联盟”，从而在现有的光伏市场上形成有力竞争。研究人员称，在硅层上方加一层钙钛矿太阳能电池，可以将二者结合并形成一个“叠层”太阳能电池。钙钛矿材料能够很好地利用太阳光中能量较高的光（如蓝光或紫外光），这正好是硅所无法吸收的部分，这样便能激发更多具有较高能量和光电压的电子。研究者们预测，未来如果将最好的硅组件和钙钛矿器件合理地整合在一起，在不用大幅改动两者制造技术的情况下就可以获得超过30%的效率，同时，周边系统成本也将会大大降低。 逆向拓展 钙钛矿太阳能电池的迅速崛起也为科学家们和工程师们带来了其他方面的启发，如可以利用钙钛矿材料来制备其他类型的光电功能器件。此前，研究人员已用金属卤化物钙钛矿材料制造出发光二极管（LED）和激光器，它们能通过冷发光过程有效地放出光。尽管针对此类新颖产品的研究才刚刚开始，但研究者相信，这一领域将会越来越受到大家的关注。 |
