太阳能行业即将迎来一场革命，而科学家们正在竞相研发一种新型太阳能电池，此种电池采用的材料能够使其比现有的太阳能电池板更高效地转换电能。
据外媒报道，美国科罗拉多大学博尔德分校（University of Colorado Boulder）的一位研究人员与国际合作伙伴公布了一种制造新型太阳能电池（即钙钛矿电池）的创新方法，将对实现下一代太阳能技术的商业化起到至关重要的作用。
太阳能电池板（图片来源：科罗拉多大学博尔德分校）
如今，几乎所有的太阳能电池板都由硅制成，其效率达22%，意味着硅太阳能电池板只能将大约五分之一的太阳能转化为电能，因为此种材料只能吸取有限比例的阳光波长。此外，生产硅成本高，且属于能源密集型产业。而合成半导体材料钙钛矿与硅相比，可以以较低的生产成本，转化更多的太阳能。
科罗拉多大学博尔德分校化学与生物工程系教授兼可再生&可持续能源研究所研究员Michael McGehee表示：“钙钛矿可能可以改变现有的游戏规则。”
科学家们将钙钛矿电池堆叠在传统的硅电池顶部，制成串联电池，以对钙钛矿电池进行测试。将硅与钙钛矿两种材料分层，每种材料吸收太阳光谱内的不同部分，可以将太阳能电池板的效率提高50%以上。
McGehee教授表示：“电气化发展如火如荼，越来越多的汽车在使用电力。我们希望让更多燃煤电厂退役，最终淘汰天然气电厂。如果你相信我们可以实现完全可再生的未来，那么风能和太阳能市场需要在目前的基础上扩大5至10倍。”
他表示：要实现这一目标，该行业就必须提高太阳能电池的效率。
影响钙钛矿实现商业化生产的一个主要挑战是将半导体涂覆到玻璃板上的过程，而玻璃板是太阳能电池板的组成部分。目前，涂覆过程需要在充满无反应气体（如氮气）的小盒子中进行，以防止钙钛矿与氧发生反应，从而降低其性能。
McGehee表示：“这在研究阶段是没问题的，但是当你开始在充满氮气的盒子中往大片玻璃上涂覆半导体时，半导体会变得越来越硬。”
McGehee及其合作伙伴开始寻找一种方法，以防止与此种气体发生有害反应。他们发现，在涂覆半导体之前，向钙钛矿溶液中加入甲酸二甲基胺（DMAFo），可以防止材料氧化。
该发现使得可以在小盒子外部，在周围空气中进行半导体涂覆。实验表明，采用DMAFo制成的钙钛矿电池本身的效率就可达到近25%，而现有的钙钛矿电池的效率可达26%，效率相当。
添加剂还提升了电池的稳定性
商用硅太阳能电池板通常在25年后仍能保持至少85%的性能，每年大约损失1%的效率。然而，钙钛矿电池的反应性更强，在空气中的降解更快。该项新研究表明，在研究人员将由DMAFo制成的钙钛矿电池暴露在模拟太阳光的LED灯下700小时后，其效率仍保持在90%。相比之下，不含DMAFo制成的电池仅在300个小时后就会迅速降解。
McGehee指出，虽然实验结果非常鼓舞人心，但是一年有8000个小时的时间。所以，仍需更长时间的测试来确定此类电池如何在一段时间内保持效率。
McGehee表示：“现在说此类电池与硅太阳能电池板一样稳定还为时过早，但是我们正朝着这个方向前进。”
该研究让钙钛矿电池离实现商业化又近了一步。与此同时，McGehee的团队正在积极研发串联电池，其实际效率超30%，而且工作寿命与硅电池板相同。该团队的目标是打造出比传统硅太阳能电池板更高效的串联电池，而且此类电池在25年的时间里都保持稳定。
此类串联电池具有更高效率，且可能价格会更低，因此可能比现有硅太阳能电池板的应用围更广，包括可能安装在电动汽车的车顶上，让停放在太阳底下的汽车每天增加15至25英里的续航里程，足以满足很多人的日常通勤需求。此外，无人机和帆船也可采用此类电池板提供动力。
McGehee表示，经过对钙钛矿数十年的研究，工程师们已经打造出与硅太阳能电池一样高效的钙钛矿电池，而硅电池是70年前发明出来的。“我们正在将钙钛矿研究推向终点线，如果串联电池运行良好，它们肯定有潜力主导市场，并且成为下一代太阳能电池。
