硅”對于太陽能行業(yè)的重要性(它對于IT行業(yè)的重要性眾所周知)就如同石油對于汽車行業(yè)的重要性:硅是一個必不可少的元素,沒有它就不會有一個行業(yè)的發(fā)展。然而如今,更加節(jié)能的材料可能會對它構成挑戰(zhàn),并且某一天會取而代之。
“鈣鈦礦”(Perovskites)是一組與原始鈣鈦礦具有相同礦物結構的材料,它是19世紀發(fā)現(xiàn)的一種礦物原料。這些材料對于太陽能的研究來說并不陌生。它們具有一些非常吸引人的特性,能夠以比硅更低的成本來提高太陽能面板效率。目前,一支國際科學家團隊在鈣鈦礦太陽能研究的道路上更進了一步。
在科學雜志上發(fā)表的一篇論文中,該團隊報告了鈣鈦礦化合物CsPbI3的測試結果,該化合物在太陽能發(fā)電方面的效率高于同類材料。
機械工程師學會(The Institution of Mechanical Engineers)引用該研究一位研究人員的話說:“我們對于CsPbI3可以與行業(yè)領先的材料相競爭的結果而感到興奮。從這個初步結果來看,我們將致力于提高材料的穩(wěn)定性、拓展其商業(yè)前景?!?/p>
實際上,太陽能發(fā)電出現(xiàn)質疑時,鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性便成為了一個問題。正如英國機械工程師學會(Imeche)所解釋的那樣,CsPbI3經(jīng)常在其α期中進行研究,這是一種眾所周知的晶體結構,因其呈現(xiàn)黑色而被定為黑暗期。這個階段特別適合吸收陽光,不幸的是,它也是不穩(wěn)定的----其結構迅速降解成黃色的物質,不太能吸收陽光。
這是第二階段-----黃色階段----團隊成員專注于本階段的研究。具體而言,在此階段,他們把注意力都集中在薄片一樣的鈣鈦礦太陽能電池上的一些裂縫,并且消除這些裂縫以掃除電流的障礙。他們使用一種化學物質:碘化膽堿溶液(choline iodide solution),并且發(fā)現(xiàn)利用它除了消除掉裂縫外,該化合物的發(fā)酵效率從15%提高到了18%。
這一發(fā)現(xiàn)緊接于另一個發(fā)現(xiàn),由比利時魯汶大學(KU Leuven)的研究人員所創(chuàng)。該團隊找到了一種方法,通過將鈣鈦礦粘在玻璃板上并將其加熱到330攝氏度,使鈣鈦礦原子粘在玻璃表面上,從而使鈣鈦礦保持在黑暗階段。一旦它們粘在玻璃上,鈣鈦礦原子就不能移動并形成礦物的黃色階段。
研究者朱利安·斯蒂爾(Julian Steele)博士說:“有三個支柱性因素決定了太陽能電池的質量:價格、穩(wěn)定性與性能。鈣鈦礦在性能與價格方面有很大優(yōu)勢,但它們的穩(wěn)定性仍然是一個主要問題?!彼€補充說,研究人員使用與國際研究者相同類型的鈣鈦礦,它恰好是材料中性能最高但最不穩(wěn)定的變體之一。因此,其結果應適用于其他不穩(wěn)定的鈣鈦礦。
所有這些工作目前都在實驗室進行,但鈣鈦礦肯定是硅太陽能電池的替代品,且頗有前景。隨著各種材料的價格越來越低,太陽能發(fā)電也越來越便宜,但隨著以硅為基礎太陽能技術日趨成熟,使得這種技術幾乎沒有進一步改善的空間。而另一方面,鈣鈦礦太陽能電池等新興技術具有很大的進步空間。然而,所有這些潛在的改進是否會實現(xiàn)仍有待觀察。