钙钛矿可以改变太阳能产业吗？可以取代硅太阳能电池板？

虽然硅晶圆加工是当今半导体行业的核心，但我们华林科纳的研究人员经常会发现新材料和新生产模式。如果您的业务依赖于半导体，那么及时了解该领域的最新发展至关重要。

钙钛矿是目前太阳能行业中最有趣的发展之一。想知道为什么公司认为他们可以取代硅太阳能电池板？想知道材料面临哪些挑战？学习你需要知道的一切。

什么是钙钛矿？

钙钛矿是指材料的晶体结构。虽然钙钛矿结构有很多用途，但就我们的目的而言，最值得注意的是它结合了传统和有机半导体最有利的特性。

什么是硫属化物？

钙钛矿太阳能电池领域的许多最新发展都特别关注硫属化物钙钛矿。这就引出了一个问题：什么是硫属化物？

当材料是“硫属化物”时，它包含第 16 族元素（AKA 硫属元素）。硫属元素的清单包括：

• 肝胆
• 钋
• 氧
• 硫
• 硒
• 碲

硫属化物钙钛矿通常含有硫或硒。

目前如何制造太阳能电池板

目前市场上大约95%的太阳能电池板是由硅半导体制成的。他们做得很好，提供了长寿、效率和价格的完美结合。它们的负担能力是有道理的，因为硅是最常见的元素之一。

也就是说，其他材料已经在使用，主要是在实验能力中。这些包括：

• 薄膜太阳能电池更具成本效益，但它们不能像硅一样将太阳能转化为能源。
• 量子点可以收集比硅更广泛的光，但它们在处理光时效率较低。
• 聚光光伏在收集太阳光方面效率更高，但不如硅具有成本效益。

曾经有一段时间，薄膜太阳能电池有望超越硅电池，但创新大大降低了硅的价格，使其成为大多数企业和房主的首选。

钙钛矿的潜在好处和挑战

好处

钙钛矿太阳能电池板比硅太阳能电池效率更高，研究人员仍在发现这种效率的上限。目前，钙钛矿面板的当前记录是>25.5% 的效率。一些研究人员目前推测他们可以达到 31.3% 的效率。

它们也更容易生产，这使得它们更实惠。虽然硅是最常见的元素之一，但钙钛矿是地球上最常见的矿物，这意味着材料不是问题。

制造过程本身也更简单，能够利用其他行业使用的技术。例如，一家公司目前正在改造柯达工厂以生产钙钛矿太阳能薄膜。

另一方面，硅太阳能电池的生产是一个微妙的过程，需要最大限度地减少污染物以及极端温度。

挑战

钙钛矿在太阳能电池生产中的优势可能会让您想知道为什么它们目前没有被用于更多的太阳能电池。该材料有两个主要问题：陷阱状态和寿命。

当细胞捕获电子和空穴时，就会出现陷阱状态。这降低了钙钛矿电池的效率，同时也导致它更快地降解。从本质上讲，它否定了钙钛矿相对于硅的优势，同时也强调了它最大的弱点。

质量保证测试对于确保钙钛矿电池不会遭受陷阱状态非常重要。幸运的是，可以通过电容电压分析检测导致陷阱状态的缺陷，这意味着可靠的制造商将能够在问题推向市场之前检测到问题。

长寿问题很严重。在研究的早期，钙钛矿的寿命以秒为单位测量。在这一点上，研究人员可以制造出持续数月的钙钛矿电池，但与可持续大约 25 年的硅电池相比，这仍然是一个非常短的时间框架。

虽然钙钛矿电池不太可能达到这样的寿命水平，但研究人员仍需要测试材料的上限以确定它可以持续多长时间。这将帮助市场决定是否值得权衡效率以获得更容易生产的更高效的电池。

移动太快

除了在使用钙钛矿时出现的所有挑战外，人们还担心在钙钛矿电池上投资过多、过快带来的商业影响。

在硅太阳能电池显着降低成本之前，薄膜太阳能电池似乎有望占领市场。对前者进行大量投资的公司发现自己拥有很少有人想要的产品。

出于这个原因，一些钙钛矿倡导者强调在将技术推向市场之前确保技术准备就绪是多么重要：一旦解决了所有研发问题，制造商就可以更有信心地向前发展。

对于太阳能电池板制造商来说，关键是要尊重这一教训，同时确保他们不会太晚进入市场。

钙钛矿/硅串联太阳能电池

使用钙钛矿或硅制造太阳能电池板之间的选择并不像看起来那样二元。事实上，最高的太阳能电池效率为29.5%，发生在结合硅和钙钛矿制造太阳能电池时。

钙钛矿/硅串联电池的上限甚至高于钙钛矿本身。虽然研究人员认为钙钛矿电池有可能达到 31.3% 的效率，但他们推测钙钛矿/硅电池的效率可能达到 45%。

钙钛矿太阳能电池的未来

目前市场上还没有钙钛矿太阳能电池，但有几家公司正准备从 2022 年开始发布商业产品。能源部还投资 6000 万美元来推进这项技术。

它们的简单性和效率指向太阳能电池板行业对硅的依赖程度降低的未来。硅似乎不太可能与钙钛矿的潜力相媲美，因为它以多种方式改进了硅。