鈣鈦礦太陽能電池和傳統(tǒng)太陽能電池有怎么區(qū)別？鈣鈦礦太陽能電池優(yōu)缺點介紹
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-20 15:47
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鈣鈦礦太陽能電池，科學(xué)家們在最新研究中發(fā)現(xiàn)，一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率或可高達(dá)22.1%，為目前市場上太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的2倍，能大幅降低太陽能電池的使用成本。
盡管研究團(tuán)隊還沒有演示以新材料為原料制造的高效太陽能電池，此項研究已成為此前諸多研究強(qiáng)有力的補充，證明了擁有獨特晶體結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦有望改變太陽能產(chǎn)業(yè)的面貌。當(dāng)前市場上占主流的太陽能電池以硅和碲化鎘為材料，達(dá)到目前的轉(zhuǎn)化效率歷時10多年;而鈣鈦礦只花了短短4年時間的研究，有鑒于此，即使業(yè)界保守人士也對鈣鈦礦非常看好。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、賓夕法尼亞大學(xué)能源創(chuàng)新研究中心聯(lián)合主任安德魯˙阿姆表示，以新式鈣鈦礦為原料制造的太陽能電池能將大約一半的太陽光直接轉(zhuǎn)化為電力，為目前的2倍，因此，只需一半太陽能電池就可提供同樣的電力，這將大大減少安裝成本，從而讓總成本顯著降低。
另外，阿姆說，與傳統(tǒng)太陽能電池材料不同，新材料并不需要電場來產(chǎn)生電流，這將減少所需材料的數(shù)量，產(chǎn)生的電壓也更高，從而能增加能量產(chǎn)出;而且，新材料也能很好地對可見光做出反應(yīng)，這對太陽能電池來說意義重大。
研究人員也證明，新材料稍作改變就能有效地將不同波長的太陽光轉(zhuǎn)化為電力，科學(xué)家們可借此制造出擁有不同層的太陽能電池，每層吸收不同波長的太陽光，從而顯著提高能效。
不過，有專家則強(qiáng)調(diào)，盡管這些屬性非常有用，但阿姆團(tuán)隊要想制造出可用的鈣鈦礦太陽能電池還有很長的路要走。首先，這種太陽能電池產(chǎn)生的電流很低。
鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)缺點
從2009年到2015年的短短6年間，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%一下子躍升至20.3%，提高了5倍多。其效率進(jìn)步之快，以至于被《科學(xué)》期刊評為2013年的10大科學(xué)突破之一。當(dāng)前，鈣鈦礦太陽能電池的學(xué)術(shù)研究仍然十分活躍，其產(chǎn)業(yè)化前景也十分看好，但實用化技術(shù)的研究成果尚待突破。
鈣鈦礦太陽能電池優(yōu)缺點
這是因為：
一 鈣鈦礦電池的優(yōu)勢：
轉(zhuǎn)換效率發(fā)展速度快——6年時間從3.8%升到20.3%，而2013年11月美國科學(xué)家在最新研究中發(fā)現(xiàn)，新式鈣鈦太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率或可高達(dá)50%，為目前市場上太陽能電池轉(zhuǎn)化效率的2倍，這說明了它還有很大的發(fā)展?jié)摿? 電池制作工藝簡單——實驗室中常采用液相沉積、氣相沉積工藝、液相/氣相混合沉積工藝;
電池發(fā)電成本低——甚至有可能會比火力發(fā)電還低;
建筑一體化潛力——鈣鈦礦型電池屬于薄膜電池，目前主要就是沉積在玻璃上，還可以通過控制各層材料的厚度和材質(zhì)來實現(xiàn)不同程度的透明度，當(dāng)然效率也會降低，不過這類應(yīng)用是值得嘗試的。例如牛津大學(xué)的實驗室已經(jīng)可以做出半透光（灰褐色）的電池。如果將采光與發(fā)電融為一體的太陽能電池開發(fā)順利，有望成為高樓大廈幕墻裝飾、車輛有色玻璃貼膜等的替代品。
鈣鈦礦太陽能電池優(yōu)缺點
二鈣鈦礦電池的劣勢：
材料有毒——鈣鈦礦電池材料含有鉛，不過鉛跟其他類型電池含有的砷、鎵、碲、鎘相比，簡直就是小巫見大巫。而美國西北大學(xué)也已研發(fā)出一種用錫代替鉛的鈣鈦礦太陽能電池，不過這種電池的轉(zhuǎn)換效率還只有6%，而且材料非常不穩(wěn)定，目前處于研發(fā)初級階段;
材料不穩(wěn)定——鈣鈦礦中的鉛容易氧化使碘揮發(fā)，且當(dāng)晶體遇濕時則易分解。如果我們使用鈣鈦礦電池發(fā)電，它很有可能分解滲出流到屋頂或土壤中;
電池壽命不長——目前，壽命最長的鈣鈦礦太陽能電池可達(dá)到1000小時，由華中科技大學(xué)和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院合作研發(fā)。而傳統(tǒng)晶硅電池壽命一般可達(dá)到25年，比鈣鈦礦電池長得多。鈣鈦礦太陽能電池由有機(jī)分子和無機(jī)元素混合制成，能像常見的硅基太陽能電池一樣捕獲太陽光并轉(zhuǎn)化成電，但鈣鈦礦光伏器件比硅更容易制造于柔性基板上。目前，市場上為絕大多數(shù)設(shè)備和家庭供電的多晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)化效率在10%—20%之間。雖然最純凈硅太陽能電池效率能達(dá)到25%，但造價異常昂貴。
鈣鈦礦太陽能電池取得如此成就有賴于一種新的方法，它將兩種鈣鈦礦太陽能電池材料組合在一起。研究人員描述說，新方法制造出來的太陽能電池結(jié)構(gòu)有點像汽車道路，石墨烯氣凝膠像堅固的碎石底層那樣起到基礎(chǔ)穩(wěn)固作用，兩個鈣鈦礦層像沉積在其上的更細(xì)的礫石層和砂層，六方氮化硼層能允許兩種鈣鈦礦材料一起工作，而氮化鎵層就像用于道路頂部的瀝青層。每一種輪流吸收太陽光中的不同波長或顏色，進(jìn)而融合成幾乎能吸收整個可見光光譜的“分級帶隙”太陽能電池。此前嘗試合并兩種鈣鈦礦材料失敗的原因，是由于彼此降低了對方的電子性能，而新方法成功解決了這個難題。
