太阳能发电的规模化高效应用如何突破？( 二 )

不同光伏技术条件下太阳能电池的成本与其光电转换效率的关系[1]
人们在开发新的光伏电池时有两大重要考量，一个是成本，一个是效率。第一代太阳能电池成本高，效率也最高。第二代太阳能电池成本低，但是电池效率也最低。第三代太阳能电池，由于溶液法制备工艺，因而具有成本低廉的特点，然而目前它们的光电转换效率还在不断的发展阶段，暂时没有超过第一代太阳能电池。
因此，进一步提高光电转换效率成为第三代太阳能电池发展的关键途径。近几年，第三代太阳能电池中的钙钛矿太阳能电池不断刷新光电转化效率的纪录。虽然现在每年光伏产业的90%以上的产品都是晶硅电池，但是由于钙钛矿太阳能电池的诸多优良特性与低廉成本，越来越多的机构投入到了相关的研究中来，钙钛矿太阳能电池巨大的魅力也逐渐展现在了人们面前。
作为光伏器件领域中的后起之秀，自2009年被发现以来，钙钛矿太阳能电池凭借高效率、低成本、可柔性及可大面积印刷等优点，受到了人们的广泛关注。曾被《科学》（Science）期刊评为2013年的十大突破性科技进展之一。在过去的十年里，关于钙钛矿电池的研究发展迅猛，其光电转化效率已从初始的3.8%迅速飙升至目前的将近25.5% ，已经接近了晶硅太阳能电池的水平。

钙钛矿太阳能电池的构造与运行机理示意图与实物照片[2]
钙钛矿太阳能电池的薄弱环节和未来发展方向
【太阳能发电的规模化高效应用如何突破？】尽管目前钙钛矿太阳能电池的光电转化效率屡创新高，而且在材料成本和制造成本方面均具有显著的市场优势，但器件的稳定性问题一直制约着它的商业化生产。在实验室操作过程中，人们发现钙钛矿太阳能电池在不断的运行过程中，效率会随着时间的增长而衰减。其根本原因在于吸收层所用的钙钛矿材料对水、热、氧环境极度敏感，使得其结构不稳定，容易产生不可逆转的降解。目前钙钛矿太阳能电池的寿命远低于晶硅太阳能电池（25年），因此为了实现钙钛矿太阳能电池大规模的商业应用，急需解决其自身的稳定性问题。
目前，各种尝试提高钙钛矿太阳能电池稳定性的研究成果经常在国际顶级期刊上获得发表。例如，近期在《自然》杂志上的一篇报道就指出离子液体修饰过的钙钛矿太阳能电池在70-75℃的全光谱太阳光照射下，连续运行超过1800小时后，最稳定的封装器件的性能仅下降了5%左右；另外，器件下降到其峰值性能的80% ，所需的时间约是5200小时。这类研究为制备在实际应用条件下，能长期稳定运行的钙钛矿太阳能电池奠定了良好的实验基础，是人类向可靠的钙钛矿光电技术迈出的关键一步。

历年来钙钛矿太阳能电池光电转换效率的迅猛增长趋势[3]
参考文献：
1.Ion‐Migrationinhibitionbythecation–πInteractioninperovskitematerialsforefficientandstableperovskitesolarcells.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201707583
2.Planarperovskitesolarcellswithlong-termstabilityusingionicliquidadditives.
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1357-2#auth-14
3.AUniversalStrategytoUtilizePolymericSemiconductorforPerovskiteSolarCellswithEnhancedEfficiencyandLongevity.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201706377