新一代钙钛矿太阳能电池(PSC)受到的关注正在提高

日本首相菅义伟表示到2050年实现温室气体“净零排放”的目标,在此背景下,新一代钙钛矿太阳能电池(PSC)受到的关注正在提高。这种电池具有成本低、厚度薄的优点,正在逐步提高能源转换效率等。为了解决大型化和耐久性等课题,日本的企业与大学的合作非常重要。

转换效率达到28%——东京大学的濑川浩司教授等人11月宣布的研究成果受到关注。虽然只是1平方厘米的小型电池,但显示出卓越的数值。据称,9月日本经济产业相梶山弘志视察研究室,对于日本国内实现钙钛矿太阳能电池材料的自给等显示出兴趣。

至今的光伏电池大部分在发电部位使用硅。而钙钛矿太阳能电池则在发电部位使用钙钛矿这一结晶结构的材料。这种电池可利用印刷技术轻松制造,还能弯曲。制造成本有望降至使用硅的光伏电池的一半以下。

钙钛矿太阳能电池的能源转换效率从实验室水平来看为百分之二十几。濑川教授等人将其改为与铜和铟等发电部位结合的“多接合型”,大幅提高了转换效率。据称如果加以调整,转换效率可能超过30%。濑川教授兴致勃勃地表示“将来希望用钙钛矿太阳能电池替代全部硅制光伏面板”。

调查公司富士经济3月发布的调查报告显示,钙钛矿太阳能电池等新一代光伏电池的世界市场规模2019年仅为6亿日元,到2030年有望达到4563亿日元。

这种电池受到国际关注,开发竞争激烈。美国斯坦福大学拿出了有助于今后量产的成果,开发了量产发电部位的薄膜的技术。从喷嘴中喷射原料的溶液和反应性高的气体,瞬间即可干燥。此前需要加热约30分钟使之干燥。据称能以硅制光伏电池的4倍的速度进行量产。

钙钛矿太阳能电池走向实用化面临的课题之一是电池的大型化。其在较小的电池上显示出高转换效率,但如果电池变得大型,由于混入杂质或难以均匀涂布溶液,转换效率将大幅下降。

电池的耐久性也是课题。钙钛矿太阳能电池会因为热和湿度而劣化,最多只能维持数个月。冲绳科学技术大学院大学的Yabing Qi(戚亚冰)教授等人开发了即使接受光照2000小时、转换效率也只会下降14%的电池。通过掺入特殊高分子材料防止电池劣化。虽然仍处于实验室水平,但今后将在大型电池上尝试。

松下与日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)合作,开发了转换效率为17.9%的大型钙钛矿光伏电池。此外,理光也充分利用印刷技术,正在与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)合作开发能在太空中发电、耐用性较好的钙钛矿太阳能电池。

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