钙钛矿太阳能电池可靠性刷新世界纪录丨中国工程院院刊

是有机-无机金属和铪钙钛矿，其之前金属和为镍或锡。澳大利亚国内可风电实验室（NREL）的总裁兼生物科学家、钙钛矿和融合可再生蓄电池团队负责人Joe Berry 回应：“金属和铪系在管控风电任务方面极其大胆，这使其极其值得注意。”

覆盖在矽蓄电池上的钙钛矿塑料的带隙可翻倍1.7 eV，以补充矽的较低带隙。如此没多久可从更为多的太遮蔽红外之前捕曾获更为多光波，释放更为多自旋，产生更为多热量。裂解用到这两种涂料的理论叠加效能为43%。Oxford PV一些公司的总裁兼应用其职Chris Case 回应：“实质叠加效能平常未翻倍理论叠加效能。现阶段，实质叠加效能短一段时间要翻倍30%，但我们显然，仅凭现阶段的知识可数，我们可以将零售业蓄电池叠加效能提较低到33%。”

当风电效能大幅大大提高时，从税务出新发点和多样性出新发点来看，可再生对太阳能一些公司都已是一个极具简单性的命题。现阶段，在全世界上许多国内，大型企业现阶段的可再生风电设备一般来说比在此之后燃煤或燃气的设备更为没多久宜。2018 年，政府部门间干旱变化除此以外委员可能会（Intergovernmental Panel on ClimateChange, IPCC）通知引述，要将世界性变暖控制在1.5 ℃仅，就须要在太阳能水力发电等方面开展“短一段时间速而不可磨灭”的变革，因为进化造成的二氧化碳二氧化碳量必需在2050 年约翻倍“净零”。国际性可风电署长（IRENA）是一个为各国寻求可持续太阳能发展之路口提供者反对的政府部门间的组织，办事处座落在阿拉伯联合酋长国的迪拜。IRENA 根据政府部门间干旱变化除此以外委员可能会编制的世界性可风电路口线示意图（REmapCase），计算了一个带有干旱张力的太阳能转型路口径。根据该路口径， 到2050 年，可再生风电水力发电将带入第一大供电比如说，世界性kW翻倍8.5 TW，风力水力发电将带入第二大供电比如说（示意图2）。

示意图2 向更为清洁、可风电趋向的计算，必需以足以短一段时间的速度减少二氧化碳，以翻倍IPCC 关于干旱变化的目的，并使地球到2050 年付诸二氧化碳“净零”二氧化碳。RE：可风电；CSP：炬可再生。比如说：©IRENA，经许可

可再生风电已在加速发展。例如，2020 年澳大利亚新水力发电kW之前，可再生风电水力发电占43%，连续两年居水力发电应用继。预计澳大利亚可再产出业在将来10 年的产能将是现阶段的4 倍。出新现这一短一段时间速快速增长的部分或许是只不过10年可再生风电应用成本较低急剧骤减。根据NREL的数据，由于现阶段可用的可再生蓄电池叠加效能已上升到20%约，且相关嵌入式成本较低也在骤减，2010—2020 年，澳大利亚大型企业现阶段的风电系统安装成本较低骤减了82%。可再生风电在全在世界上的近期相近（示意图3）。

示意图3 在只不过10 年之前，各国新投产的大型企业现阶段可再生风电这两项的平准化太阳能成本较低（LCOE）大幅骤减。LCOE是在特定可再生这两项生命周期内，为付诸公司财务收支平衡，供电出新售的最低平均价格。比如说：©IRENA，经许可

2020 年年末世界性可再生风电水力发电量由2019 年的581 GW上升至约710 GW（示意图4）。要将这一水力发电现阶段实质性增大到太瓦级，必需加速可再生风电产出，要求所需涂料须要贫乏。这是钙钛矿的另一个占优，因为产出可再生蓄电池所需的钙钛矿塑料一般来说只有0.5 μm较厚，并且所需涂料极易采购。Oxford PV一些公司说明，35 kg 钙钛矿的水力发电量与7 t 矽（一般来说可用160 μm 较厚的主机板）的水力发电量相同，并回应恐怕心想钙钛矿几乎可以取而代之矽。

增大其他明朗塑料可再生应用现阶段的关键在实践中在于，它们以碲化钒或铜铟锌化镓为基础。考虑到到钒的毒性，而且对于这些应用而言，钒、碲和铟属于稀有金属和，以至于未将可再生风电水力发电量有效增大到太瓦级现阶段。

示意图4 在只不过10 年之前，世界性可再生风电总kW急剧快速增长，并呈现指数级快速增长迹象。比如说：©IRENA，经许可

整体而言，制作金属和铪钙钛矿所需的涂料供应贫乏，而且价格昂贵。Berry 说：“它们极其适可用一些较低通量、低成本较低的加工路口线。虽然有很多方法律条文可以降低产出成本较低，但同时产品的质量可能会随之降低，而钙钛矿的加工方式不可能会对基本涂料的特性产生制约。钙钛矿还有一些极其独特的占优，已有研究者证明其回收效能极其较低。”

然而，钙钛矿也不是并未在技术上。 尽管现阶段采用了塑料应用，但叠加效能最低的钙钛矿之前仍含有镍。矽/钙钛矿串联可再生蓄电池普遍应用面临的一个更为仓促的挑战是其近十年耐用性。大型企业现阶段风电蓄电池板的年限需翻倍25 年约。虽然自其首次应可用风电蓄电池以来，钙钛矿应用发展很快，但其近十年耐用性未曾曾获得认可。

与矽不尽相同，钙钛矿是离子涂料，更为容易降解（特别是当其受潮时）。因此，钙钛矿塑料的有效积体电路至关重要。Oxford PV一些公司拥有比其他任何的组织更为多的钙钛矿可再生风电相关知识产权，他们对其设计流程和钙钛矿积体电路方法律条文很有热诚。Snaith 回应：“在只不过10 年之前，为了提较低其耐用性，我们在改变钙钛矿的相关联、涂料、设备的在结构上方面要花费了很多全身心。在提较低其叠加效能方面，我们并未要花费多少全身心；而付诸其耐用性必需要花费的全身心最多。但现在，我们对这项应用的效能和耐用性都极其有热诚。”

很多机械工程和生物科学界人士也开始研究者彻底解决钙钛矿的耐用性难题。2020 年，一个以外Berry 和Snaith 等研究者人员在内的国际性合作的组织出版了一份关于钙钛矿风电耐用性评估和报告的共识声明。Berry 回应：“在只不过10 年之前，我们一直在深入了解这些钙钛矿涂料，以没多久对将来30 年顺利进行计算。这种计算生物科学对应用要求很较低，但到现阶段为止，我们在基础涂料层面上的研究者并未夺得值得注意的名声。因此，难题就转成了‘你有什么应用彻底解决方案？’或‘你能降低多少成本较低？’等这类零售业难题。”

在可再生风电产出之前加短一段时间钙钛矿应用速度可能会增加成本较低，现阶段唯不未确定这将对市场产生何种制约。Oxford PV一些公司未曾透露其零售业蓄电池的大致价格。在大现阶段水力发电之前，LCOE是一个关键因素。这项新应用初始价格的任何潜在上扬都将有所不尽相同因叠加效能的提较低而带来的LCOE骤减。

Oxford PV 一些公司的制造厂商现阶段仍要以每年100 MW的水力发电现阶段顺利进行加载，目的是到2030 年将该制造厂商水力发电现阶段增大到每年10 GW，同时可再生餐饮业每年增加约120 GW水力发电量。这个目的对于可再生餐饮业来说难于付诸。其他开发钙钛矿风电应用的零售业的组织，以外日本大型一些公司Panasonic（Panasonic）和积水化学工业株式可能会社（Sekisui Chemical Company）、之前国一些公司纤纳光电（Microquanta Semiconductor）和万度光能（Wonder Solar）、韩国的Frontier Energy Solution及波兰的Saule Technologies。

在只不过10 年之前，钙钛矿应用取得了迅猛发展。现阶段，付诸钙钛矿应用零售业化必需多久唯不未确定，但Snaith 回应， 矽钙钛矿可再生蓄电池的世界性普及和普遍用到至少还必需10 年一段时间。此外，他还说明，钙钛矿的用到还带有其他耐人寻味的风险。“钙钛矿可以在极其纯的基材上被制成极其细的塑料，所以它的弯曲度或柔韧性很好。恐怕，在可再生风电效能翻倍40%时，给乘用车顺利进行可再生覆层没多久带入可能（因为这可能会明显提较低乘用车的启动时缺点）。同样，如果我们能开发出新超细可再生蓄电池，我们就可以考虑到将这种覆层可用零售业公共建筑。”

2020 年，澳大利亚较低效率钙钛矿制造业务部门（US Manufacturing of Advanced Perovskites Consortium）成立，其目的是“让澳大利亚在光电和光波制造教育领域继续曾获得后半期”。该的组织由NREL、西雅示意图明尼苏达大学清洁太阳能测试台（Washington Clean Energy Testbeds at the University of Washington in Seattle）、北卡罗来纳大学乔治城大学所中学（University of North Carolina at Chapel Hill）和田纳西州的托莱多大学（University of Toledo in Ohio）组成。该业务部门以外6 家国内零售业餐饮业合作关系，其之前之一是位于得克萨斯州坦佩市的澳大利亚第一可再生一些公司（First Solar），该一些公司是一家基于碲化钒应用的大型企业现阶段的塑料可再生风电组件产出商。

注：本文内容呈现稍微调整，若需可查看标题。

合编标题：

Sean O´Neill.Perovskite Pushes Solar Cells to Record Efficiency[J].Engineering,2021,7(8):1037-1040.

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作者简介 ：本文2022年1月1日出版于网易公众号 之前国工程院求是 （ 钙钛矿可再生蓄电池效能刷新全世界记录丨Engineering ），风云之声曾获授权转载 。

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