科学家利用光来清除太阳能电池中的缺陷

过去十年，太阳能电池板的价格大幅下降，这主要得益于制造和安装技术的进步。研究人员正在开发更便宜的太阳能电池，使用钙钛矿晶体，这是太阳能电池板中通常使用的硅的一种经济高效的替代品。

《焦耳》杂志创刊号上发表的新研究表明，光和水可用于显著提高钙钛矿太阳能电池的效率。

钙钛矿被认为是太阳能领域的下一个大热门。虽然太阳能电池板的价格已经便宜了很多，但如果我们要战胜气候变化，它们就必须变得非常便宜。购买屋顶太阳能电池板的成本大约相当于重新刷一层油漆。钙钛矿可能会帮助我们实现这一目标。

要了解这项非凡技术的工作原理，请看一下传统太阳能电池的内部结构。当阳光照射到太阳能电池板上时，光粒子会从硅分子中释放出多余的电子。这些电子会流过电池的金属内衬，然后通过电线流向需要电力的家庭和企业。

硅的麻烦之处在于它必须完美无瑕才能发电。微小的瑕疵会使原本可以为灯泡或笔记本电脑供电的电子发生偏转。为了提纯硅，生产商将材料加热到 1500 华氏度，这需要大量能源和大量资金。

另一方面，钙钛矿太阳能电池即使存在缺陷也能发电。原材料成本低于硅。而且，在对它们进行研究的短时间内，科学家们已经大大提高了它们的效率，使它们能够将更多的太阳能转化为电能。

美国和英国的研究人员已经证明，进一步提高钙钛矿电池的效率是可能的。与将钙钛矿像硅一样放入熔炉中不同，可以利用光和水分来消除材料中的缺陷。在稍微潮湿的天气里，可以在户外找到制造更好的太阳能电池所需的一切。

去年，研究人员发现，用光照射钙钛矿会导致带正电的碘原子分散，而这些原子会带走缺陷。但是，当光被关闭时，效果就会逆转。

在这项研究中，科学家试图使这种效果永久存在。他们将钙钛矿电池暴露在光、氧气和适量的湿度中。光使氧气与电池中的缺陷结合，从而有效地中和它们。一点点湿度会使钙钛矿形成一个保护壳，将氧原子锁在里面，这意味着电池不会恢复到之前的状态。

“与硅太阳能电池生产相比，该工艺相对简单，”荷兰代尔夫特理工大学化学工程教授、论文合著者汤姆·萨维尼耶 (Tom Savenije) 表示。“这是一种非常便宜的处理方法，可以实现这些改进。”

这项研究不仅仅适用于太阳能电池板。科学家们正在试验使用钙钛矿来替代 LED 灯和 X 射线探测器等设备中的硅。“它确实是硅的更便宜的替代材料，”Savenije 说。

不过，在钙钛矿太阳能电池最终应用于我们的屋顶之前，研究人员仍有许多障碍需要克服。其中之一是钙钛矿电池在暴露于过多水分时会降解。例如，雨水会导致它们泄漏有毒化学物质，如铅。

“稳定性绝对是我们在实现商业化之前应该解决的关键问题之一，”萨维尼耶说。但他对钙钛矿的未来充满信心。“如果硅能被其他材料打败，”他说，“这种材料最有希望。”

Jeremy Deaton 为 Nexus Media 撰稿，这是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合新闻通讯社。您可以通过 @deaton_jeremy 关注他。