關(guān)于當(dāng)代的穩(wěn)定性和效率都更高的鈣鈦礦太陽能組件解析

隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽能就是一個(gè)不錯的選擇，人們開始大力發(fā)展太陽能發(fā)電。

鈣鈦礦可以作為一種光伏電池材料最初是在實(shí)驗(yàn)室測試時(shí)發(fā)現(xiàn)的。2000年代中期，當(dāng)時(shí)雖然將它用作太陽能電池的研究并不成功，但鈣鈦礦化合物相當(dāng)強(qiáng)的光反應(yīng)能力就此挖掘。近10年來，采用大約30cmx 30cm的面積，學(xué)術(shù)界、國家實(shí)驗(yàn)室和光伏企業(yè)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的鈣鈦礦效率從2%提高到29%，。對比回顧其他太陽能電池技術(shù)發(fā)展史，不得不說這是一個(gè)驚人的進(jìn)步，要知道，其他電池技術(shù)普遍花費(fèi)了40多年時(shí)間才達(dá)到實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的效率。

鈣鈦礦太陽能光伏電池是使用與鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)相似的半導(dǎo)體材料作為吸光材料的第三代薄膜太陽能光伏電池，具有光電轉(zhuǎn)換效率高、可柔性制備、低成本等突出優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景，有望引發(fā)相關(guān)領(lǐng)域的能源革命。鈣鈦礦是下一代太陽能技術(shù)最有前途的材料之一，其效率在數(shù)十年間從3.8%一路飆漲至現(xiàn)在的25.5%。鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)成本低廉，而且具有柔性的潛力，增加了它們的多功能性。

第一代太陽能光伏電池主要是單晶硅和多晶硅太陽能電池。經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的不斷發(fā)展，晶體硅太陽能電池的制備工藝已經(jīng)非常成熟。單晶硅和多晶硅太陽能電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到25.6%和20.8%，接近理論極限水平。憑借更成熟的技術(shù)和更高的光電轉(zhuǎn)換效率，晶體硅太陽能電池占據(jù)了光伏市場絕對市場份額的89%。但是，由于硅基太陽能電池的高效率依賴于高純度硅材料，因此它們的制造成本相對較高。

光引起的組件退化和環(huán)境穩(wěn)定性是反對聲音不斷引用的方面。在早期，鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性是一個(gè)大問題。但是，就像組件效率得到了快速提高一樣，穩(wěn)定性也得到了迅速提高。

第二代太陽能光伏電池主要是非晶硅薄膜太陽能電池和晶體硅薄膜太陽能電池。其中，非晶硅砷化鎵太陽能電池目前的效率可以達(dá)到約30%，但價(jià)格昂貴，總體性價(jià)比不高。因此，它們主要用于對高性能有要求的航天器領(lǐng)域。晶體硅薄膜太陽能電池是通過化學(xué)氣相沉積或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積制備的，但是基于硅的太陽能電池需要使用高純度的硅材料，這使得光伏成本相對較高。非晶硅薄膜太陽能電池需要使用稀土元素，并且在制備過程中嚴(yán)重的環(huán)境污染使其難以進(jìn)一步推廣。

具體地，在功能性太陽能裝置中，鈣鈦礦層位于中心，夾在兩個(gè)傳輸層和兩個(gè)電極之間?；钚遭}鈦礦層吸收陽光時(shí)，會產(chǎn)生電荷載流子，然后電荷流過傳輸層到達(dá)電極并產(chǎn)生電流。然而，鈣鈦礦層中的針孔和單個(gè)鈣鈦礦顆粒之間的邊界處的缺陷會干擾載流子從鈣鈦礦層到輸送層的流動，從而降低了效率。在這些缺陷處，濕氣和氧氣也將開始使鈣鈦礦層降解，從而縮短器件的壽命。

第三代太陽能光伏電池主要是鈣鈦礦太陽能電池，量子點(diǎn)太陽能電池，有機(jī)光伏電池和其他新概念光伏電池。其中，基于染料敏化太陽能電池開發(fā)的鈣鈦礦太陽能電池由于其較高的光電轉(zhuǎn)換效率，較低的制造成本和靈活的結(jié)構(gòu)，已成為最有前途的第三代太陽能電池。

目前，大多數(shù)太陽能電池僅具有鈣鈦礦膜，其厚度為500納米。盡管從理論上講，薄膜越薄，薄膜的效率越高，因?yàn)檩d流子到達(dá)上層和下層傳輸層的距離更短。但是，當(dāng)制造更大的模塊時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)該膜通常會產(chǎn)生更多的缺陷和針孔。因此，研究人員添加了氯化銨以增加碘化鉛的溶解度(碘化鉛是用于形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的前體材料之一)。這也使碘化鉛更均勻地溶解在有機(jī)溶劑中，從而形成具有更大顆粒和更少缺陷的更均勻的鈣鈦礦膜。隨后，從鈣鈦礦溶液中除去氨，從而降低了鈣鈦礦膜中的雜質(zhì)含量。

目前太陽能還未能更好被人類利用，需要科研人員不斷努力，研究出更高效地產(chǎn)品，這樣才能保證我們?nèi)祟惖哪茉磯蛉祟惏l(fā)展所需。