文档介绍：小电池指引光伏产业新方向
新光伏材料在实验室里创造了奇迹,但是能够商业化吗?
在不同类型的太阳能电池里,有一种产品脱颖而出。数十年里,几乎所有的太阳能技术,例如晶体硅晶片和碲化镉薄膜都有一个缓慢稳定的发展过程,同时也有技术能将太阳光线的14%能量转换为电力。但如今一个新竞争者脱颖而出:由名为钙钛矿的复杂晶体制成的太阳能电池。
2009年,这种电池悄然到来,%——这是一个乏味的结果,因为当时的顶级硅光电池在实验室中的转换率能达到25%。但是,到2011年年底,%,去年攀升到10%,2013年,有效率为15%。“这让人惊讶。”以色列魏茨曼科学研究学院材料学家david cahen说,“在太阳能电池里,我们从未看到这样的结果。”
这种电池的发展趋势越来越好。钙钛矿是由现成材料制成的,不像某些种类的太阳能电池,它们廉价而容易产生。专家认为,这种电池还有许多改进空间,明年效率能达到20%。钙钛矿太阳能电池还有潜力与硅电池板相结合,制造出效率达30%甚至更高的串联电池。
“它在发展。”美国斯坦福大学材料学家michael mcgehee说。“它非常具有竞争性。”瑞士联邦理工学院化学家michael gratzel说。“战役在继续。它的发展非常迅速,我没有时间睡觉了。”美国加州大学洛杉矶分校太阳能电池专家yang yang说。
正确方向
钙钛矿在1个多世纪前就摆在了太阳能电池制造者面前。1839年,一位俄罗斯矿物学家首次发现了这种矿物质的自然状态。目前,已知有数百种此类矿物质,太阳能电池钙钛矿属于半导体,其他家族成员从导体到绝缘体范围极为广泛,最著名的是高温氧化铜超导体。
上世纪90年代,ibm华生研究中心物理学家david mitzi使用钙钛矿半导体制成了薄膜晶体管和发光二极管。这些装置能够工作。尽管许多发光材料也能制成良好的吸光器,但mitzi发现钙钛矿太不稳定而无法制作太阳能电池——
材料必须能够持续数十年才有商业价值。
几乎在10年之后,tsutomu miyasaka朝着解决问题的方向迈出了第一步。日本桐荫横滨大学化学家miyasaka及同事致力于研究染色敏化太阳能电池(dsscs)。与传统的硅太阳能电池不同,dsscs包含有机吸光染料混合物,这些混合物为二氧化钛(tio2)等微小颗粒添加涂层,这些颗粒被电解液包围。
在标准dsscs里,当染色分子吸引光子时,光能够提高染色剂中电子的能量,使其跳到二氧化钛微粒上。在那里,它会从微粒跳到微粒,直至到达电极,然后被收集起来,送入电路中。同时,其他电子从电解质跳到染色剂,并使其恢复到初始状态。
gratzel表示,这里就有个麻烦。1991年gratzel研究小组发明了dsscs,但其染色剂不能吸收所有的光,因此降低了电池的能效。为了做得更好,miyasaka将注意力转向钙钛矿。他的研究小组花费了两年时间,寻找能使这种物质变稳定的秘方。他们使用了一层薄薄的吸光钙钛矿层,%。但不幸的是,这种电池也包含液体电解质,会在几分钟内溶解钙钛矿,以致电池失效。
之后,gratzel与韩国成均馆大学的nam-gyu park合作迈出了下一步。2012年,他们宣布使用固体取代了原来的液体,能效接近10%。现在,事情开始变得有趣。
越来