科学探索|“像篮球场上的迈克尔·乔丹”：研究称钙钛矿太阳能电池的寿命可达30年 “像篮球场上的迈克尔·乔丹”

普林斯顿工程学院的科学家们已经开发出了第一个具有商业上可行的寿命的钙钛矿太阳能电池，标志着一个新兴的可再生能源技术类别的一个重要里程碑。该研究小组预计他们的设备可以在30年左右的时间里表现出高于工业标准的性能，远远超过用作太阳能电池可行性阈值的20 年。

文章图片

该设备不仅高度耐用，而且还符合普通的效率标准。事实上，它是第一个能与硅基电池的性能相媲美的产品，硅基电池自 1954 年问世以来一直占据市场主导地位。
钙钛矿是具有特殊晶体结构的半导体，这使它们很适合用于太阳能电池技术。它们可以在室温下制造，使用的能量比硅少得多，使它们的生产成本更低，更具可持续性。而且，硅是僵硬和不透明的，而钙钛矿可以被制成灵活和透明的，使太阳能远远超出了美国各地山坡和屋顶上的标志性矩形面板。
但与硅不同，钙钛矿是出了名的脆弱。早期的钙钛矿太阳能电池（PSC），在2009年至2012年间创建，只持续了几分钟。新设备的预计寿命比之前的记录增加了五倍，该记录是由2017年的低效率PSC创造的。(该装置在室温下连续照明运行了一年。新设备将在类似的实验室条件下运行5年）。
由Theodora D和William H. Walton III 工程系教授Lynn Loo领导的普林斯顿团队，在2022年6月16日发表在《科学》杂志上的一篇论文中披露了他们的新装置和测试此类装置的新方法。

文章图片

Loo说，创纪录的设计突出了PSC的持久潜力，特别是作为一种推动太阳能电池技术超越硅极限的方式。但她也指出，她的团队的新加速老化技术超越了头条结果，是这项工作的更深层意义。
“我们今天可能有了新记录， ”她说， “但别人明天会有更好的记录出现。真正令人兴奋的是，我们现在有办法测试这些设备，并知道它们的长期表现。”
由于钙钛矿众所周知的脆弱性，直到现在，长期测试还不是一个很重要的问题。但是，随着设备变得更好，持续时间更长，在推出耐用的、对消费者友好的技术时，对一种设计与另一种设计进行测试将变得至关重要。
美国国家可再生能源实验室的高级研究员 Joseph Berry说：“这篇论文可能会成为任何希望在效率和稳定性的交叉点上分析性能的人的原型， ”他专门研究太阳能电池的物理学，没有参与这项研究。“通过生产一个原型来研究稳定性，并显示出（通过加速测试）可以推断出什么，它正在做每个人都希望在我们开始大规模的现场测试之前看到的工作。它允许你以一种真正令人印象深刻的方式进行预测。”
Berry说，虽然效率在过去十年中以显著的速度加快，但这些设备的稳定性提高得更慢。为了让它们在工业界得到普及和推广，测试将需要变得更加复杂。这就是Loo的加速老化过程的意义所在。
"这些类型的测试将越来越重要， "Loo说。"你可以制造最有效的太阳能电池，但如果它们不稳定，那就无所谓了。"