利用酰胺基金属氧化物提高钙钛矿太阳能电池的实际可行性

让最佳太阳能技术经久耐用

大多数太阳能电池板都基于两种技术：占太阳能电池板大多数的多晶硅和薄膜碲化镉。然而，还有第三种方法可以制造光伏系统，即使用一种名为钙钛矿的矿物。

它由氧化钙钛矿制成，这项技术在过去几年中取得了巨大进步。从 3.8 年光电转换效率仅为 2009% 的实验室原型开始，它们 达到ed 33.9 年，由 隆基绿色能源技术.

然而，钙钛矿太阳能电池板有一个主要问题：耐用性。大多数钙钛矿太阳能电池只能使用几年。这使得它们无法在任何商业环境中使用，因为它会扼杀这些系统的盈利能力，即使效率更高、生产成本更低。

因此，只要它们无法与多晶硅 2-3 十年的耐久性相比，钙钛矿就注定只能用于小众应用和实验室原型，从而错失大部分“新太阳时代”这已经发生在我们身上了。

这就是为什么宣布一种将钙钛矿稳定性提高 3 倍的方法是一件大事。这项成果由美国西北大学、澳大利亚格里菲斯大学和加拿大多伦多大学的研究人员完成，他们在著名刊物《科学》上发表了他们的研究成果，标题为“用于化学和场效应钝化的配体的酰胺化可稳定钙钛矿太阳能电池¹设立的区域办事处外，我们在美国也开设了办事处，以便我们为当地客户提供更多的支持。“

钙钛矿的优点

钙钛矿的主要优势在于其成本低廉以及“印刷”太阳能电池的可能性。成本较低的一大推动力是它可以在室温下生产，而硅则需要数百度的高温。

钙钛矿电池还具有灵活性，为汽车车顶和无人机等新应用开辟了道路。它还能吸收大部分太阳光， 从而提高理论效率，高达40%。

钛也是一种相对丰富的金属，因此钛比碲化镉更适合作为硅的替代品。然而，重金属（尤其是铅）的潜在泄漏也是一个必须解决的问题。

来源: 研究之门

还应当注意的是，硅钙钛矿串联电池（例如隆基开发的电池）是单纯钙钛矿系统的一种替代选择。

保护钙钛矿免于降解

通常，钙钛矿太阳能电池使用基于铵的涂层来提高效率。虽然有效，但基于铵的涂层在环境压力（包括热量和水分）下会降解。这是因为铵分子在高温和水中容易分解。

来源: 前沿

当然，这对于太阳能电池板的实际使用来说远非理想，因为它需要应对雨水和炎热的夏日。

这项研究的研究人员找到了解决方案，他们使用了另一种氮基化合物：脒。脒是由脒形成的离子。

来源: 维基百科上的数据

这与之前对钙钛矿的研究有所不同，之前的研究重点是提高钙钛矿本身的稳定性。相反，这项研究试图改善保护层。

彻底的改进

这种新方法不仅提高了钙钛矿电池顶部涂层的电阻，而且还提高了太阳能电池板的整体耐用性。

“与传统的铵基涂层相比，新涂层的抗分解能力提高了 10 倍。更棒的是：涂有脒基的电池的 T 值也提高了三倍₉₀ 寿命——在恶劣条件下，电池效率下降至初始值的 90% 所需的时间。”

陈斌 – 西北大学化学研究副教授

在先前创新的基础上继续发展

这绝不是该研究团队的第一次突破。

另一位合著者的团队泰德·萨金特（Ted Sargent）于 2022 年开发出了一种钙钛矿太阳能电池，打破了能源效率和电压的记录。

2023年，他的团队推出了一种具有倒置结构的钙钛矿太阳能电池，这也提高了其能源效率。他们还加入了液晶，以最大限度地减少钙钛矿薄膜中的缺陷，从而提高了设备​​性能。

还应该指出的是，这项研究并不是由学者完成的，还得到了私营公司 First Solar 的支持 (单反相机 -3.07％)以及美国商务部、国家标准与技术研究所和美国能源部等公共机构。

投资太阳能

太阳能生产正以两位数的速度持续增长，并将成为经济脱碳的关键驱动力。但还有很长的路要走，因为全球绝大部分电力生产，甚至更多的总能源都来自化石燃料。

多年来，该行业的发展趋势是让最大的公司受益，规模经济是在竞争激烈的环境中实现盈利的关键因素。当然，新技术可能会对老牌多晶硅板制造商造成冲击。

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太阳能公司

第一太阳能公司

First Solar 是美国乃至整个西半球最大的太阳能电池板制造商，在美国、马来西亚和越南设有生产基地。

该公司没有使用经典的晶体硅技术，而是使用 其专有的薄膜光伏发电薄膜太阳能电池板以碲化镉为基础，效率更高，生产成本更低，易于批量生产。薄膜太阳能电池板也更耐用，89 年后仍能保持 30% 的原始性能。

来源: 第一太阳能

镉和碲化物是其他金属开采的副产品，这意味着 First Solar 产品使用了以前很少使用的资源，影响极小。 薄膜面板还可以具有很高的回收率。

第一太阳能公司的技术优势加上其地理位置，使其成为西方国家日益青睐中国太阳能电池板的受益者。

该公司正在迅速提高生产能力，目标到 25 年将额定产能从目前的 2026 吉瓦达到 11 吉瓦。

考虑到该公司参与了本文讨论的研究，该公司显然也对钙钛矿感兴趣，至少在这些面板足够耐用时。该公司在投资者报告中特别指出，钙钛矿应该具有“4 年第四季度，开发线已准备好生产模拟制造条件的技术样品“。

自成立以来，First Solar 已累计投入 2 亿美元用于研发。

总体而言，First Solar 是一家技术领先者，将受益于中国进口产品的关税，这可能会弥补特朗普连任对太阳能行业造成的负面影响。

虽然该公司迄今为止主要专注于使用碲化镉的薄膜太阳能，但其在非硅太阳能电池板制造方面的专业知识可以使其在钙钛矿领域占据显著领先优势，尤其是考虑到其与该领域一些顶尖研究人员的深厚联系。

学习参考：

^{1. Yang, Y., et al. (2024). 配体的酰胺化用于化学和场效应钝化可稳定钙钛矿太阳能电池。 科学，386（898-902）。 https://doi.org/10.1126/science.adr2091}