根据计算,太阳辐射地球1小时的能量就足以让全世界用上整整一年。人类自第二次工业革命以来,一直都在尝试如何利用太阳能。1839年法国物理学家发现了光生伏效应;1876年英国科学家发现用太阳光照射硒半导体就可以产生电流;1893年美国工程师制造了世界上第一块太阳能电池,虽然效率只有1%,但也是跨时代的飞跃。

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第一个发现光伏效应的法国物理学家埃德蒙贝克勒尔

时至今日,太阳能电池面世已逾百年,但商用太阳能电池的平均转换效率仍然较低,且制造过程复杂、成本高昂、这在很大程度上限制了其在各领域的应用。幸运的是近年来光伏领域接连迎来利好,全新一代的太阳能电池效率不断获得突破,科学家坚定地认为人类将迎来光伏3.0的时代。

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普通的硅基太阳能电池,是将P型与N型半导体材料接合形成PN结,当太阳光照射电池板时形成空穴-电子对,接通电路就可以产生电流。目前90%都是硅基太阳能电池板。而生产太阳能电池板最关键的材料就是硅,硅在地球上的含量非常丰富,但想要制成太阳能电池板,必须将其提纯到99.9999%以上的纯度。这就必然导致生产硅基太阳能电池板的整个环节复杂、污染严重、成本居高不下。所以硅基太阳能电池板并非是光伏发电的明智选择。全新一代的钙钛矿电池应运而生,它不仅在转换效率上得到了巨幅提升,生产也更加的简单高效,并且足够的轻薄,半瓶装的钙钛矿液体就可以为整栋房子供电,最关键的是它的生产成本非常低!

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硅基PN结

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高温提纯硅

那么什么是钙钛矿太阳能电池板呢?

我们所说的钙钛矿,实际上是指晶体结构与钙钛矿类似的ABX3化合物的任何一种材料,这种化合物广泛地分布于地球上。钙钛矿太阳能电池板对杂质并不敏感,90%左右的纯度就可以实现20%以上的转换效率。

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作为一种化合物它的成分可调,所以针对不同波长的射入光可以制造出不同的钙钛矿层,这样可以大幅增加光电的转换效率。并且钙钛矿层可以不断叠加,相比于硅基太阳能电池板,钙钛矿可以拥有多层PN结,这也使得钙钛矿电池板的发电效率可以叠加。从理论上来讲,钙钛矿最多可以实现86.8%的转换效率,但层数越多制造成本就会越高,商业收益必然越低,所以从实验室推向商业的钙钛矿电池板主要是考虑层叠两次,这正是钙钛矿的真正卖点。

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事实上科学家在十几年前就开始研究钙钛矿,但由于其晶体结构的不稳定性导致寿命较短,一直没有取得实质性的进展, 直到今年的6月份,普林斯顿大学的研究人员宣布他们研发出来了第一个具有商业价值的钙钛矿太阳能电池,这意味着人类在可再生能源研究方面取得了重要的里程碑。世界经济论坛也将钙钛矿命名为“改变人类生活的10大新兴技术”之一。

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