光伏革命性發展——鈣鈦礦材料分子與新型太陽能電池效率攀升

把太陽能轉化為電能是人類孜孜以求的目標，上世紀五十年代貝爾試驗室發明了有實際使用價值的硅材料太陽能電池，硅材料太陽能電池不斷推陳出新，已經開發出單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜太陽能電池，其中單晶硅太陽能電池試驗室最高光電轉換效率為25.6%，工業化規模加工組件光電轉化效率達15%，非晶硅太陽能電池光電轉化效率為10%。硅基太陽能電池是目前在規模化加工和實際使用中占主導地位的太陽能電池類別，有90%的市場占有率。制備單晶硅太陽能電池要純度為99.9999%的硅，使得電池成本太高；多晶硅太陽能電池加工也要使用高真空設備和高潔凈廠房，加工成本依然很高；非晶硅薄膜太陽能電池則有穩定性不好，效率較低的問題。

從加工和運行成本上講，硅基太陽能電池產品目前還不具備和水電、火電等進行完全市場競爭的能力。硅基太陽能電池民用產品產業化發展的瓶頸是成本和污染問題，在過去60多年時間里這些問題并沒有得到根本處理，硅基太陽能發電產品目前緊要用于航天、軍工等高端產品中，民用產品緊要靠政府補貼推廣。

最近幾年，歐美日等國家開始對光伏補貼政策進行調整并開展針對我國產品的雙反調查，國內硅基太陽能電池廠家馬上進入產業發展寒冬季節，這個事實說明開發具備真正市場競爭力的新型太陽能電池是產業發展實際要。

新型太陽能電池一旦達成效率、成本和壽命方面的沖破，會帶來光伏產業的革命性變化和實現巨大商業價值。到目前為止，許多新的無機、有機電池材料分子不斷被開發出來，涌現出大量新型太陽能技術，其中有多元化合物薄膜太陽能電池（如碲化鎘、砷化鎵和銅銦鎵硒薄膜電池），有機材料薄膜太陽能電池，有機無機雜化太陽能電池（如染料敏化太陽能電池和鈣鈦礦材料太陽能電池）等，這些第二代和三代太陽能電池實現了10%到20%甚至更高的光電轉換效率，已經進入產業化門檻階段（附圖1）。

在各類太陽能電池發展過程中，新材料分子的發現和性能改進，電池結構的優化均不同程度幫助提升太陽能電池的光電轉換效率，其中以鈣鈦礦材料分子表現最為突出。2013年十二月二十日，美國《科學》（Science）雜志推出了他們的2013年十大科學沖破評選結果，其中鈣鈦礦（Perovskites），一種1839年由GustavRose首次發現并依據俄羅斯礦物學家LevPerovski名字命名的有機無機雜化分子材料因為在太陽能電池中的使用和電池效率快速提升而入選。鈣鈦礦材料便宜、易于制備，已經取得15%的光電轉換效率；雖然比目前商業化的硅基太陽能電池效率低，但是鈣鈦礦型材料太陽能電池效率提升迅速，它和其它類型太陽能電池集成以后可以捕捉和轉換更寬光譜范圍的太陽光，美國《科學》雜志這樣給出鈣鈦礦材料入選理由。

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