令人兴奋的新型太阳能材料能否像宣传那样如期而至？

研究人员过去在实验室中测试钙钛矿太阳能电池时，需要一双像样的跑鞋：这些材料分解得十分之快，以至于科学家们得在细胞降解之前，通常要在几分钟内就把细胞从它们被制造出来的地方转移到做测试的地方。

长期以来，研究人员们一直着迷于钙钛矿，并承诺将生产出廉价且超高效的太阳能电池。到现在，已经有几家公司在大规模生产商业钙钛矿太阳能电池方面取得了重大进展。

但这种材料的不稳定性却会对它们通往屋顶和发电厂的道路造成威胁，尽管一些公司表示他们已经解决了这个难题，至少他们可以在年内将初产品推向市场，但有一些研究人员仍然对此持怀疑态度。

“人们想听到我说‘我确信这会很稳定，而且会很有效率，我们将征服世界，’” 美国国家大学可再生能源实验室的钙钛矿研究项目负责人约瑟夫・贝里（ Joseph Berry）说，“我内心的有一部分是相信这一点的，但我作为科学家的那一部分会说‘我没有数据（可以支持这个说法）’。”

钙钛矿是合成材料，价格低廉，即使要投入量产也比较简单。用于光伏的常见钙钛矿通常类似于甲基铵卤化铅，但钙钛矿家族包括数千种具有相同晶体结构的材料。如果被涂覆在柔性底座上，它们可以生产出轻巧且可弯曲的薄膜太阳能电池。

虽然近几十年来出现了几种新的光伏材料，但没有一种材料能在以硅为主的市场上产生较大的影响，而硅则存在于大约 95% 的现有太阳能电池中。

一些钙钛矿公司如位于华沙的 Saule 科技，正试图完全抛弃硅来生产这种电池。这家成立于 2014 年的公司开发了一种喷墨打印工艺，用于制造包裹在柔性塑料中的钙钛矿太阳能电池。包含 Saule 生产的电池的面板重量仅约为相同尺寸的硅面板的十分之一。

5 月，Saule 开设了一家每年可生产约 40000 平方米面板的工厂，这足以产生大约 10 兆瓦的电力（一些生产硅电池的工厂则要大数百倍）。

虽然钙钛矿有可能达到高效率（仅钙钛矿电池的世界纪录刚过 25%），但当今大多数性能最佳的钙钛矿电池都很小：它们通常不到一英寸宽。

扩大规模使得钙钛矿达到潜在的效率极限变得更加困难，Saule 目前的面板有一米宽，可达到 10% 左右的效率。这与类似尺寸的商用硅面板相形见绌，商用硅面板的效率通常可达到 20% 左右。

Saule 的创始人兼 CTO 奥尔加・马林奇维兹（Olga Malinkiewicz）表示，该公司的目标是推出一种仅用到钙钛矿的太阳能电池，如果该技术足够廉价，那么效率较低的话其实并不重要。

Saule 正在试图涉足硅太阳能电池板无法实现的领域：无法承受沉重的玻璃封装面板重量的屋顶，或者更具有针对性的应用，例如该公司目前正在进行测试的太阳能百叶窗。

当 Saule 正推出面向更多职业应用的薄膜产品时，其他公司也希望在这场同硅的竞争中击败或至少加入他们，总部位于英国的牛津 PV 正在将钙钛矿结合到钙钛矿 - 硅电池中。

由于硅可以吸收光谱红端的光，而钙钛矿可以调整以吸收不同波长，因此在硅电池顶部涂覆一层钙钛矿可以使组合电池达到比单独使用硅的电池更高的效率。

牛津 PV 的组合电池既沉重又坚硬，就像纯硅电池一样。由于它们的尺寸和形状相同，新电池可以轻松地被插入屋顶阵列或太阳能农场的面板中。

虽然在硅上涂抹钙钛矿会增加制造成本，但他表示，随着时间的推移，组合电池的平均成本将会低于单独用硅，因为这些新电池效率更高。牛津大学在过去几年中为这种类型的电池创造了多项效率世界纪录，最近的一次达到了 29.5%。

中国的杭州纤纳光电科技有限公司也从硅太阳能电池中汲取了一些线索，该公司正在使用由钙钛矿制成的刚性玻璃封装电池制造面板。

纤纳光电的 CTO 颜步一表示，该公司的试点工厂于 2020 年开业，预计到 2021 年底产能将达到 100 兆瓦，目前他们在中国各地的几座大楼和太阳能发电场上都安装了示范面板。

在几年的时间里，钙钛矿的稳定性已经从几分钟提高到几个月。但是我们现有的大多数硅电池都有大约 25 年的保修期，这可能是钙钛矿根本无法达到的目标。

钙钛矿对氧气和水分特别敏感，因为它们这会干扰晶体中的键以阻止电子有效地穿过材料。研究人员一直致力于通过开发反应性较低的钙钛矿配方和寻找更好的包装方法来提高钙钛矿的使用寿命。

牛津 PV、纤纳光电和 Saule 都说他们已经解决了稳定性问题，至少销售他们的第一批产品可以成功发售。

估量太阳能电池的长期性能通常是通过加速测试来完成的：将电池或面板置于额外压力的条件下以模拟多年的磨损。户外硅电池最常见的测试是一套被称为 IEC 61215 的测试。

牛津 PV 和纤纳光电均通过了一系列电池性能相关的测试。马林奇维兹说，Saule 已经通过了一些测试，但他们仍在进行其他测试，比如湿度测试。

通过完整的测试通常意味着硅太阳能电池板将至少能使用 25 年，但研究人员并无法确定相同的相关性是否适用于钙钛矿等新材料。

牛津 PV 筛选了构成钙钛矿族的数千种化合物中的一些，来试图找到更稳定的配方。该公司拒绝透露性能细节，但凯斯表示，他们 “绝对” 预期自己的产品具有与硅电池相似的使用寿命。该公司于 2019 年 12 月在中欧的屋顶上安装了测试面板，凯斯表示，到目前为止，包含钙钛矿层状电池的面板表现出了与他们安装用于比较的商业硅面板相同的退化速率。

纤纳光电的颜步一表示，他们公司于 2020 年 2 月在户外安装了测试电池，这个电池如今仍能达到与安装时相同的峰值功率。

一些研究人员并不相信这些说法，“据我所知，稳定性问题目前还没有得到很好的解决，” 印第安纳州普渡大学钙钛矿研究员雷锡安・窦（Letian Dou）说。窦表示，尽管这些材料通过 IEC 61215 等外部测试是有希望的，但我们也很难了解这些公司在做什么，因为他们对材料开发十分保密，

窦的实验室是最近被选中接受美国能源部资助的几个实验室之一，他们正试图解决该技术的一些遗留问题。2021 年 3 月，该部门拨款 4000 万美元用于支持钙钛矿的研究，其主要目的在于研究提高这些材料的稳定性并使其更易于制造的项目。

尽管钙钛矿电池获得了更多的资金和关注，但只有时间才能证明它们能否与硅竞争或共存。尽管如此，研究人员对他们提供更便宜、更容易获得的太阳能的前景也持有乐观的态度，“各种迹象看起来很好，” 美国国家可再生能源实验室的贝里说。

而且，他又补充说，即使经过多年的研究，在这个领域工作的公司仍然必须接受一些不确定性。“如果你想做领头羊，” 他说，“你将不得不冒一些风险。”Nuair a úsáideadh taighdeoirí chun tástáil a dhéanamh ar cheallail ghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrúpa, ba ghá dóibh péire bróga a bhí ag rith go cuí: na hábhair sin a



An féidir le hábhair ghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrúpa a thabhairt?

(foinse: Athbhreithniú Teicneolaíochta MIT)



Le linn ama fada, bhíonn taighdeoirí iontach ag perovskite agus geallta go dtáirgeadh ceall ghrianghrianghrianghrianghluaiseach a bheadh saor-éifeachtúil. Go dtí seo, tá dul chun cinn suntasach déanta ag roinnt cuideachtaí maidir le táirgeadh mórscála na gceill ghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrúpa.





Mar sin féin, beidh neamhionannas an ábhair seo ina bhagairt ar a mbealaí go dtí díothaí agus gléasraí cumhachta.





"Tá daoine ag iarraidh liom a éisteacht a rá, 'Tá m é cinnte go mbeidh sé cobhsaí agus éifeachtach, agus beidh muid ag conquer an domhan,'" a dúirt Joseph Berry, stiúrthóir an tionscadail taighde perovskite ag Laboratóir Fhuinneamh Athnuaite Ollscoil Náisiúnta. "Creidinn cuid de mo chroí i seo, ach beidh mo chuid mar eolaíoch ag rá, 'Níl sonraí agam (is féidir leat tacú leis an ráiteas seo). '"





Is ábhar sintéiseach é Perovskite le praghas íseal. Is gnách simplí é a chur i mórtháirgeadh. Is cosúil de ghnáth le halóid luaidhe meitilámóiniam le coitianta perovskite a úsáidtear i bhfotóibholtaic, ach tá mílte ábhar sa teaghlach perovskite a bhfuil struchtúr na crustaí céanna acu. Má chótáiltear ar bhonn solúbtha, is féidir leo ceallaí solúbtha solúbtha solúbtha agus solúbtha solúbtha solúbtha a tháirgeadh.





Cé gur tharla roinnt ábhar photovoltaic nua sna deireadh déanaí, ní fhéadfaidh a on cheann díobh tionchar mór a bheith acu ar an margadh atá bunaithe ar an tsílicín, agus go bhfuil an tsílicín ann i dtart ar 95% de na ceall soladacha atá ann cheana.





Tá cuideachtaí áirithe perovskite, amhail teicneolaíocht Saule i Varsówa, ag iarraidh an tsílicín a thréigean go hiomlán chun batáraí den sórt sin a tháirgeadh. Fothaithe in 2014, d’fhorbairt an chuideachta próiseas priontála inkjet le haghaidh gléasraí solúbtha perovskite a mhonarú. Níl meáchan an phainéil ina bhfuil an batárach arna tháirgeadh ag Saule ach thart ar an deichiú cuid de mheáchan an phainéil shiilicóin de mhéid céanna.





I mBealtaine, d’oscail Saule monarch a d’fhéadfadh thart ar 40000 méadar cearnach de phainéil a tháirgeadh sa bhliain, agus is leor é sin chun thart ar 10 megawatt leictreachais a ghiniúint (tá céatada uair níos mó i gcás monarch áirithe a tháirgeann batáraí síilicóin).





Cé go bhfuil an acmhainn ag Perovskite ardéifeachtúlacht a bhaint amach (is mó ná 25% amháin an taifead domhanda le haghaidh batáraí perovskite), tá an chuid is fearr de na batáraí perovskite atá ag feidhmiú anois beag: is lú ná orlach de ghnáth iad.





Déanann leathnú an scála níos deacair don perovskite teorainn éifeachtúlachta a bhaint amach. Tá painéal reatha Saule ar leith méadar agus is féidir éifeachtúlacht thart ar 10% a bhaint amach. This is dwarfed by commercial silicon panels of similar size, which can usually achieve an efficiency of about 20%.





Dúirt Olga malinkiewicz, fothaitheoir agus CTO Saule, go bhfuil s é mar aidhm ag an gcuideachta ceall ghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghriangh





Tá Saule ag iarraidh bheith rannpháirteach i limistéir nach féidir painéil ghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrian





Nuair a thosaíonn Saule táirgí scannáin thin le haghaidh feidhmchlár níos gairmiúla, tá súil ag cuideachtaí eile freisin go mbeidh siad ag brath orthu nó ag gabháil leo ar a laghad san iomaíocht leis an tsílicín.





Ós rud é gur féidir leis an tsílicín an solas a ghlacadh ag deireadh dearg an speictéir, agus is féidir le perovskit a choigeartú chun fada ola éagsúla a ghlacadh, is féidir le sraith perovskit a chlúdach ar bharr na cille síilícone éifeachtúlacht níos airde a bhaint amach ná an cille le síilícone amháin.





Tá na ceallacha comhcheangailte de PH Oxford trom agus crua, díreach cosúil le ceallacha síolóin pura. Ós rud é go bhfuil an méid agus an cruth céanna acu, is féidir ceallacha nua a chur isteach go héasca in eagaireachtaí tiotáin nó i bpainéil feirme solaire.



An féidir le hábhair ghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrúpa a thabhairt?

Fíor [UNK] Comhcheangailtear PV Oxford perovskite agus silicón chun ceall ghrianghriana ardéifeachtúla a tháirgeadh (foinse: Athbhreithniú Teicneolaíochta MIT)



Dúirt cás Chris, príomhoifigeach teicneolaíochta Oxford PV, go ndíríonn an chuideachta faoi láthair ar chostas leibhéilte cumhachta a laghdú, agus is táscaire é sin chun meastóireacht a dhéanamh ar chostas suiteála an chórais agus oibrithe ar feadh an tsaolré.





Cé go méadóidh cóta perovskite ar shílicín an costas monaraithe, dúirt sé go mbeidh meánchostas na mbatarraí comhcheangailte níos lú ná costas an tsílicín amháin toisc go bhfuil na mbatarraí nua sin níos éifeachtaí. Tá go leor taifid domhanda leagtha síos ag Ollscoil Oxford maidir le héifeachtúlacht an chineál batárach seo sna blianta roimhe seo, 29.5% is déanaí.





Tá Hangzhou Xianna Photoelectric Technology Co., Ltd. ag an tSín tar éis roinnt treoracha a tharraingt amach ó cheall ghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrian





Dúirt Yan Buyi, CTO optoelectronics Xianna, go ndearnadh gléasra píolóta an chuideachta a oscailt in 2020 agus go mbeidh s é ag súil go dtiocfaidh an acmhainn táirgthe 100 MW faoi dheireadh 2021.





I gcaitheamh cúpla bliana, tá feabhas déanta ar chobhsaíocht perovskite ó chúpla nóiméad go cúpla mí. Mar sin féin, tá tréimhse ráthaíochta thart ar 25 bliana ag an bhformhór de na batáraí síilicóin atá ann cheana féin, agus ní fhéadfar é a bhaint amach ag Perovskite.





Tá na peirovscítí go háirithe íogair don ocsaigine agus don luisceacht toisc go ndéanann siad idirghabháil leis na ceangail sa chrostal chun cosc a chur ar leictreoin dul trí an ábhar go héifeachtach. Tá sé tiomanta ag taighdeoirí feabhas a chur ar shaol seirbhíse an perovskite trí fhoirmeacha perovskite a fhorbairt le imoibritheacht íseal agus modhanna pacáistíochta níos fearr a aimsiú.





Dúirt Oxford PV, fiber optics agus Saule go raibh réiteach déanta acu ar an bhfadhb cobhsaíochta, agus d’fhéadfaí a gcéad táirgí a dhíol go rathúil ar a laghad.





Déantar meastachán ar fheidhmíocht fhadtéarmach na gceill ghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghriangh Is tacar tástálacha ar IEC 61215 é an tástáil is coitianta le haghaidh batáraí silicóin lasmuigh.





Rinneadh sraith tástálacha a bhaineann le feidhmíocht an chadáin a rith as PV agus nanoipteilectrónaic Oxford. Dúirt Malinchewitz go bhfuil roinnt tástálacha curtha ar aghaidh ag Saule, ach tá siad fós ag déanamh tástálacha eile, amhail tástálacha luimhne.





Passing a complete test usually means that silicon solar panels will be used for at least 25 years, but researchers are unable to determine whether the same correlation applies to new materials such as perovskite.





Rinne Oxford PV scáileáil ar roinnt de na mílte comhdhúile a chuireann suas an teaghlach perovskite i iarracht foirmle níos cobhsaí a aimsiú. Dúltaigh an chuideachta sonraí feidhmíochta a nochtadh, ach dúirt Keith go raibh siad ag súil go mbeadh a dtáirgí "go hiomlán" ag súil go mbeadh saol seirbhíse cosúil le saol batáraí síolóin. Bhí painéal tástála suiteáilte ag an gcuideachta ar thiubh Lár na hEorpa i Nollaig 2019.





Dúirt Yan Buyi d'optoelectronics fiber optic gur shuiteáil a chuid cuideachta batárach tástála lasmuigh d'oscailt i Feabhra 2020, agus is féidir leis an batárach an cumhacht chéanna a bhaint amach fós le linn a shuiteáladh é.



An féidir le hábhair ghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrianghrúpa a thabhairt?

Name



Chun cobhsaíocht a tháirgí a fheabhsú, athraíodh Saule na teagmhálacha miotail agus taiscí cáilsíumi titanium sa chadán. Dúirt Malinchewitz go soláthróidh an chéad ghiniúir de bhatarraí plástacha perovskite ioncápláilte le Saule ráthaíocht feidhmíochta 10 bliana ar a laghad. Cé go bhfuil saol seirbhíse an bhatarra síliacóin níos faide, tá súil aici go bhféadfaidh praghas níos ísle agus próiseas suiteála níos éasca a chur in iúl do chustaiméirí glacadh le saol seirbhíse níos giorra.





Ní chreideann taighdeoirí áirithe na héilimh sin, "Sa mhéid a fhios agam, ní réit íodh fadhb na cobhsaíochta fós go maith," a dúirt Letian Dou, taighdeoir perovskite ag Ollscoil Purdue in Indiana.





Is ceann de na saotharlanna éagsúla a roghnaíodh le déanaí chun cistiú a fháil ó Roinn Fhuinneamh na Stát Aontaithe. I Márta 2021, leithdháilte an Roinn $40 milliún SAM chun tacú le taighde perovskite.





Cé go bhfuil níos mó cistí agus aird faighte ag batáraí perovskite, ní féidir ach am a chruthú cibé acu atá in ann iad a iomaíocht nó a bheith i gcomhtháthú le sílicín. Mar sin féin, tá taighdeoirí optamacha maidir lena n-ionchas rochtain níos lú agus níos éasca a sholáthar ar fhuinneamh na gréine. "Tá sé dea ag na comharthaí," a dúirt bairr na Laboraíochta Náisiúnta um Fhuinneamh Inathnuaite.





Ina theannta sin, chuir sé leis go gcaithfidh cuideachtaí a oibríonn sa réimse seo fós glacadh le deimhneacht áirithe fiú tar éis blianta taighde. "Más mian leat a bheith ina cheannaire," a dúirt sé, "beidh tú a ghlacadh roinnt rioscaí."