25.2%！MIT已达钙钛矿光伏电池理论最高效率80%

全球光伏 2023-01-12

众所周知，钙钛矿是最终取代硅作为太阳能电池板的首选材料。它们提供了在低成本、低温环境下制造超薄轻质柔性电池的潜力，但由于它们将阳光转化为电能的效率落后于硅和其他一些替代品，其前景一直受限。

近期，美国麻省理工学院（MIT）的一组研究人员利用新方法将这种材料的效率提高到了25.2%，甚至超过了当今典型硅电池的转化效率（通常在20%到22%之间），并为进一步的改进奠定了基础。这项研究成果已于近期刊登在了著名科学期刊《自然》（Nature）上。

据悉，研究人员通过在钙钛矿材料上添加一层经过特殊处理的二氧化锡导电层，这为电池中的载流子提供了一条改进的路径，并通过修改钙钛矿公式，将其作为太阳能电池的整体效率提高到了25.2%。

诚然，这几乎已经是此类材料的最高记录，使许多现有太阳能电池板的效率相形见绌。然而，与硅相比，钙钛矿的寿命仍然明显滞后，世界各地的研究小组也正在研究改善这一短板的方法。

钙钛矿是一类广泛的材料，有大量可能的化学组合可以用于制造该材料。研究人员称，这些材料吸引了全世界的兴趣，因为“至少在理论上，它们可以比硅或砷化镓便宜得多。”这部分是因为硅或砷化镓的加工和制造需要持续超过1000摄氏度的高温，而钙钛矿可以在低于200℃的条件下处理。

此外，钙钛矿相对于硅或其他诸多候选替代品的另一个主要优势是，它可以形成非常薄的层，同时仍能有效地捕捉太阳能。该研究作者之一、MIT化学教授Moungi Bawendi表示：“钙钛矿电池有潜力比硅电池轻几个数量级。”

根据Bawendi的说法，该团队提高材料效率的关键之一，是对构成钙钛矿太阳能电池的三明治结构的其中一层——电子传输层——的精确设计。

据了解，钙钛矿本身有一层透明导电层，用于将电流从电池传递到需要使用的地方。然而，如果导电层直接附着在钙钛矿上，电子和它们对接的物体就会发生复合反应，使电子无法流动。在MIT研究人员的设计中，钙钛矿和导电层由一种改进的中间层隔开，这种中间层可以让电子通过，同时防止复合。

研究人员强调指出，由此带来的效率提高已经使材料理论效率达到了该材料所能达到的理论最大效率的80％以上。

在进一步的研究中，研究人员认为有两个重要的方面可选择，即继续努力提高效率、专注于提高该材料的长期稳定性。目前，这种材料的长期稳定性仅有几个月，而硅电池则可以稳定使用几十年。

但Bawendi指出，出于某些目的，“长寿”可能不是那么重要。许多电子设备，例如手机，无论如何都将在几年内被替换，因此即使相对寿命较短的太阳能电池也可能有一些有用的应用。