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钙钛矿光伏电池能革前辈们的命吗?

发表于:2016-01-05 12:51:08     作者:逯好峰 来源:IntoPV

 

2、制备条件和成本

能源消耗和生产成本对当今光伏产业的发展尤为重要,制备条件温和、电池结构较简单是铅碘化合物电池的优点。制备方法有液相、气相和气-固沉积等,铅碘化合物容易自组装形成晶体,各层材料的制备温度可以不超过150度,低温意味着低能耗。另外每层都可做成平面型结构(Planar Structure),可以避免制备特殊纳米结构的繁杂性和不确定性(有一篇NATURE作者特别指出,此类高效率电池并不需要纳米结构的材料),符合大量生产的现实要求。

3、建筑一体化潜力

在集中电站和屋顶发电之外,光伏的建筑一体化已经是箭在弦上。钙钛矿型电池属于薄膜电池,目前主要就是沉积在玻璃上,还可以通过控制各层材料的厚度和材质来实现不同程度的透明度,当然也会降低效率值,不过对这类应用是值得尝试的。例如牛津大学的实验室已经可以做出半透光(灰褐色)的电池。如果这种将采光与发电融为一体的太阳能电池开发顺利,有望成为高楼大厦幕墙装饰、车辆有色玻璃贴膜等的替代品,这对于拓展太阳能电池的更广泛应用意义重大。

4、原料储量和毒性

大家可能注意到材料里含有铅,不过铅跟其他类型电池含有的砷、镓、碲、镉相比就是小巫见大巫了,事实上固化封装的各类太阳能电池都很安全,不会危害日常生活。再就是自然储量够不够商业化生产?铅早已经在商业化产品中大量应用了,这自然不会是问题。举个栗子:假设将来钙钛矿型太阳能电池年产能达到不可能的1000GW(吉瓦,一吉瓦等于一百万千瓦),那么需要的铅也不到一万吨,相比之下,铅酸蓄电池每年消耗的铅高达4百万吨。而其他元素和材料也都比较常见,不会成为供应链的短板。

说了半天,敢情这电池一点缺点没有啊?当然不是。目前主要有两类问题:

一是普遍采用的空穴传输材料(Spiro-OmetaD)较为昂贵,这提升了整个电池的成本。如果能避免使用这种材料将是最好的选择,值得一提的中科院物理所孟庆波研究组通过界面调控和薄膜沉积优化,在无空穴传输材料的钙钛矿型甲胺铅碘薄膜电池研究方面取得了重要进展,电池效率突破10%。

二是电池使用了部分有机材料,长期稳定性自然也值得进一步检验。有关电池寿命的研究很少,目前仅有一个研究封装的电池在45度下全负荷光照时的工作情况报道,结果表明500小时后电池的效率下降少于20%,这个结果应该算不错了,稳定性压倒有机太阳能电池。毕竟钙钛矿型电池作为新兴的电池形态,才发展了5年,可以预期这两方面会有足够改进的空间,是骡子是马大家拭目以待吧。

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