太阳能世界已准备好迎接一场革命。科学家们正在竞相开发一种新型太阳能电池，其使用的材料可以比当今的电池板更有效地转换电力。
在 2 月 26 日发表在《自然能源》杂志上的一篇新论文中，科罗拉多大学博尔德分校的一位研究人员和他的国际合作者揭示了一种制造新型太阳能电池（称为钙钛矿电池）的创新方法，这一成就对于许多人认为的钙钛矿电池的商业化至关重要。下一代太阳能技术。
如今，几乎所有太阳能电池板都是由硅制成，其效率高达 22%。这意味着硅板只能将大约五分之一的太阳能转化为电能，因为这种材料只吸收有限比例的太阳光波长。生产硅也很昂贵且能源密集。
输入钙钛矿。与硅相比，这种合成半导体材料有潜力以更低的生产成本转化更多的太阳能。
“钙钛矿可能会改变游戏规则，”化学与生物工程系教授、科罗拉多大学博尔德分校可再生与可持续能源研究所研究员迈克尔·麦吉赫说。
科学家们一直在测试钙钛矿太阳能电池，将其堆叠在传统硅电池的顶部以制造串联电池。将两种材料分层，每种材料吸收太阳光谱的不同部分，可以将电池板的效率提高 50% 以上。
“我们仍然看到快速的电气化，越来越多的汽车依靠电力运行。我们希望淘汰更多的燃煤电厂，并最终摆脱天然气电厂，”麦吉说。 “如果你相信我们将拥有一个完全可再生的未来，那么你就计划将风能和太阳能市场从今天的规模扩大至少五到十倍。”
为了实现这一目标，该行业必须提高太阳能电池的效率。
但以商业规模用钙钛矿制造它们的一个主要挑战是将半导体涂覆到玻璃板上的过程，玻璃板是面板的组成部分。目前，涂层过程必须在充满非反应性气体（例如氮气）的小盒子中进行，以防止钙钛矿与氧气发生反应，从而降低其性能。
“这在研究阶段是没问题的。但是当你开始对大块玻璃进行镀膜时，在充氮的盒子中进行镀膜会变得越来越困难，”McGehee 说。
麦吉和他的合作者开始寻找一种方法来防止与空气发生破坏性反应。他们发现，在涂覆之前向钙钛矿溶液中添加甲酸二甲铵（DMAFo）可以防止材料氧化。这一发现使得涂层能够在小盒子外的环境空气中进行。实验表明，使用 DMAFo 添加剂制成的钙钛矿电池本身的效率可达到近 25%，与目前钙钛矿电池 26% 的效率记录相当。
该添加剂还提高了电池的稳定性。
商用硅面板通常可以在 25 年后保持至少 80% 的性能，每年损失约 1% 的效率。然而，钙钛矿电池的反应性更强，在空气中降解速度更快。新研究表明，用 DMAFo 制成的钙钛矿电池在研究人员将其暴露在模拟阳光的 LED 光下 700 小时后，仍保持了 90% 的效率。相比之下，在没有 DMAFo 的空气中制备的细胞仅在 300 小时后就迅速降解。
虽然这是一个非常令人鼓舞的结果，但一年有 8,000 小时。因此需要更长时间的测试来确定这些细胞如何承受超时的情况。
麦吉说：“现在说它们像硅面板一样稳定还为时过早，但我们正朝着这一目标迈进。”
这项研究使钙钛矿太阳能电池距离商业化又近了一步。与此同时，McGehee 的团队正在积极开发串联电池，其实际效率超过 30%，并且具有与硅电池板相同的使用寿命。
McGehee 领导着一个名为 Tandems for Efficient and Advanced Modules using Ultrastable Perovskites (TEAMUP) 的美国学术界合作项目。去年，该联盟与其他三所大学、两家公司和一个国家实验室的研究人员一起，从美国能源部获得了 900 万美元的资金，用于开发稳定的串联钙钛矿，这种材料可以在现实世界中切实可行，并且具有商业可行性。我们的目标是创造比传统硅面板更高效且在 25 年内同样稳定的串联面板。
这些串联电池具有更高的效率和可能更低的价格，比现有的硅电池板具有更广泛的应用，包括可能安装在电动汽车的车顶上。他们可以为暴露在阳光下的汽车每天增加 15 至 25 英里的行驶里程，足以满足许多人的日常通勤需求。无人机和帆船也可以由此类面板提供动力。
