由于钙钛矿的存在，太阳能电池板的效率越来越高

太阳能光伏发电能力正在美国（和其他地方）迅速增长。根据太阳能产业协会 (SEIA) 的数据，仅在过去十年中，太阳能市场每年就增长 24%。在美国，太阳能发电能力已达到 149 千兆瓦，理论上可以为 2600 万户家庭供电。未来似乎也很光明，因为 SEIA 和 Wood Mackenzie 预测太阳能市场规模将在五年内增长三倍，到 2028 年发电能力将达到 378 千兆瓦。2022 年，太阳能发电占全球发电量的 1.2 万亿瓦。

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太阳能的开发和投资对于建设一个更清洁、更可持续的未来至关重要，因为这项技术可以产生大量的能源，同时不会排放危害地球的温室气体。近年来，这项技术取得了长足的进步（与 19 世纪的初始阶段相比，取得了长足的进步），但普通太阳能电池板的效率仍然平均约为 15-20%。这意味着从我们最喜欢的恒星发射下来的原始能量中约有 80-85% 被浪费了。更不用说硅太阳能电池，这是最常用的光伏技术，其理论效率极限约为 29%。

多年来，科学家们一直在努力解决这个问题。来自 NREL 的一个团队制作了一块效率为 47% 的太阳能电池板，但不幸的是，这种电池板对于主流使用来说有点太昂贵了。然而，7 月 6 日发表在《科学》杂志上的两篇独立论文描述了两个不同的研究团队找到了一种为硅太阳能电池板提供急需的推动力的方法——钙钛矿。

华盛顿大学称，钙钛矿是一种矿物，其晶体结构与氧化钙钛矿相同，但可由多种不同元素组成，用于不同的用途。它们还可以作为太阳能电池板的坚固半导体，其实验室效率创下了 25.2% 的记录。

这两个团队将钙钛矿与硅配对，制成了串联太阳能电池。这些技术并不新鲜——第一个是在 2009 年开发的，而来自香港的团队在 2016 年将效率提高到了 25% 左右。但现在，科学家们正在努力实现更高的目标。

在一项研究中，瑞士洛桑联邦理工学院的 Xin Yu Chin 及其团队使用了钙钛矿顶部电池和硅底部电池，并在电池加工过程中添加了膦酸添加剂。他们的电池效率达到了 31%。

另一个团队由柏林亥姆霍兹材料与能源中心的西尔维娅·马里奥蒂 (Silvia Mariotti) 领导，使用一种名为碘化哌嗪的离子液体来增强他们的串联太阳能电池，实现了高达 32.5% 的效率。

未参与该项研究的材料科学研究人员 Stefaan de Wolf 和 Erkan Aydin 在《科学》杂志上发表的相关观点文章中写道：“突破这一门槛让我们有信心将高性能、低成本的光伏电池推向市场。”

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在欧洲之外，竞争也愈演愈烈——沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学教授德沃尔夫称，他的团队在今年早些时候的一次尚未公布的串联电池测试中实现了 33.7% 的效率。生产全球大部分太阳能电池板的中国公司隆基股份上个月宣布，他们开发了一种效率为 33.5% 的串联太阳能电池板。

尽管这一切令人兴奋，但这还只是开始。我们需要更多的清洁能源来减少温室气体排放，让地球更宜居。

“突破 30% 的门槛让我们有信心将高性能、低成本的光伏产品推向市场，”德沃尔夫告诉《卫报》。“然而，为了避免全球变暖带来的灾难性情况，到 2050 年，总容量需要增加到约 75TW。”