太阳能电池如何变得更便宜

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据俄罗斯卫星通讯社sputniknews报道，几十年来，太阳能电池一直是世界各地学者关注的焦点。许多专家认为人类离太阳能领域的真正革命不远了。除了传统的硅电池技术，还使用钙钛矿。俄罗斯卫星新闻机构和广播电台的记者与以色列内盖夫本古立昂大学的教授叶夫根尼·卡茨(Yevgeny Katz)进行了交谈，了解太阳能电池在不久的将来将如何运行，以及人类将面临什么。 & # 8211；尤金·阿道夫维奇，近年来关于光电的讨论很多。早在2016年，人们就预测2017年将成为具有超高光电转换效率的钙钛矿太阳能电池的转折点。革命发生了吗？这种对钙钛矿的担忧和它有什么关系？ 我们是有机-无机半导体新家族的见证人，如果不是革命者的话& # 8211；在所谓的有机-无机金属卤化物钙钛矿的基础上，高效太阳能电池技术的发展实现了最大的革命性飞跃。

如果这些仪器的能源效率在2007年没有超过3%，那么太阳能最重要的指标现在已经超过24%。这是非常高的，相当接近迄今为止最常见的晶体硅基太阳能电池的最高能效记录。

在这种情况下，每个人都知道钙钛矿电池将非常便宜，因为这种薄膜仪器中几乎所有的活性层最终都可以在打印机中从溶解的混合物中打印出来。 但是人们对这项新技术的主要兴趣与此无关。今天的工业市场正在抑制晶体硅太阳能电池，其效率几乎达到了理论极限。不清楚下一步该去哪里。 光伏电池的出现改变了这种情况:人们试图建造所谓的串联太阳能电池或双层太阳能电池，事实上，它由两部分组成& # 8211；上部是光电的(对于入射的太阳光线)，下部是硅。 令人高兴的是，喷洒廉价的钙钛矿电池几乎不会提高硅仪器的价格，但却能大大提高它们的能效。如果今天硅电池的能量效率约为26%，那么系列钙钛矿硅电池的能量效率为28%。也就是说，我们超越了独特的心理学& # 8221；障碍& # 8221；，认真讨论将系列电池的能效提高到30% & # 8211；35%的几率。 当一切发生的时候，革命就一定会发生！主要兴趣与此有关！因此，世界各地成百上千的实验室都在这一领域工作，在研究和制造行业以及半工业样品领域投入巨资。 & # 8211；什么抑制了钙钛矿革命？ 在我看来，钙钛矿电池的主要缺点是它们在太阳光的作用下会很快降解。 硅电池的寿命是25年，而光电电池的寿命是24年。这是抑制该技术工业应用的主要缺点。 我们正在努力提高这些仪器的运行稳定性。我们的使命是生产高效率和长寿命相结合的电池。因此，有必要了解降解的物理化学机理。 & # 8211；除了硅和钙钛矿，还有使用其他技术的太阳能电池吗？ -在实验室一级，有许多这样的技术使用各种有机和无机半导体材料，以及各种仪器结构方案。长期以来，许多技术发展和工业应用是同时进行的。但是今天，硅基太阳能电池在工业电力生产中完全占据主导地位。 & # 8211；是什么让普通人在太阳能电池中使用串联技术:它可能更便宜还是更环保？ 的确，电更便宜。从环境保护的角度& # 8211；每件事都不是只有一个意义。光电元件含有铅，而铅在元素周期表中不是一种生态元素。所以现在试着替换结构中的铅。但是即使在今天的薄膜钙钛矿技术中，铅的含量也高于使用铅进行电池焊接的硅技术。在我看来，这里最重要的问题是电池的稳定性。 & # 8211；许多国家正在研究钙钛矿并试图使用钙钛矿。俄罗斯能在平等的基础上参加这场比赛吗？俄罗斯国立研究大学& # 8221；莫斯科钢铁与合金研究所& # 8221；它在这里会扮演什么角色？ 美国和苏联曾经在光伏太阳能电池的制造技术上领先。这无疑是由航天器供电的必要性决定的。1958年，就在苏联发射第一颗卫星的一年后，也就是美国首次展示硅太阳能电池的四年后，苏联和美国都发射了太阳能电池驱动的卫星。两颗卫星是& # 8221；卫星3 & # 8221；先锋1号。 苏联在创纪录的短时间内建立了光电工业。阿卡迪·帕夫洛维奇·兰克曼是负责这些研究的人。我认为今天说出这个名字是公平的。当然，还有诺贝尔奖得主若列斯·伊万诺维奇·阿尔费罗夫，他在实验中开发了异质结和砷化镓多转换太阳能电池。 俄罗斯重建后，学术科学和应用科学，以及技术密集型生产，都经历了严重的危机(也许危机还在继续)。年轻人无法支撑他们的家庭。他们要么改变职业，要么离开祖国。 根据定义，今天的科学是一个国际社会。不可能限制思想和人从一个国家到另一个国家的流动。这方面的任何措施都对科学有害。 然而，为学者返回俄罗斯创造条件是可能的，也是重要的。我看到了这方面的积极进展。第一个是巨额赠款，它有助于吸引著名的外国学者在俄罗斯建立先进的研究实验室。 例如，俄罗斯国立研究技术大学& # 8221；莫斯科钢铁与合金研究所& # 8221；他向奥尔多·迪·卡尔洛伸出了橄榄枝，后者是光电研究领域的世界级领袖之一。他在3年内的任务是在这里建立一个钙钛矿太阳能电池研究和生产实验室。我特别喜欢这个，因为我于1982年毕业于莫斯科钢铁与合金研究所，正是从这里我开始了我的光电研究生涯，从谢苗·萨姆·伊洛维奇·戈列利克教授开始。 斯科特奇是俄罗斯大赠款体系的另一个成功参与者。顺便提一下，帕维尔·特罗欣教授领导的团队正在那里工作，他是一位当之无愧的领导者，多年来一直是俄罗斯钙钛矿科学的同事和合著者。 我认为俄罗斯的主要潜力在于大脑，在于智力水平，尤其是大学生和年轻学者的智力。任务是保持这种潜力。否则，实验室将不会成功建立，新技术将更不会成功发明。 & # 8211；钙钛矿技术的普及程度如何？相同的钙钛矿技术用于照明、激光和屏幕吗？ ——& # 8220；钙钛矿& # 8221；这个术语来源于名称CaTiO3。今天，我们称许多材料的晶格类似于这种钙钛矿矿物结构。因此，它们用途广泛，在各种领域都有应用，例如，就像询问金属在哪里使用。然而，其他仪器甚至是建立在应用于太阳能电池的金属-卤素光电基础上的，例如发光二极管、激光器和各种传感器。

& # 8211；许多太阳辐射不足的国家认为太阳能电池在本国条件下效率低下。光电技术的应用会改变这种情况吗？ 需要所谓的直射阳光的技术在北方国家没有用，因为云的吸收和散射会大大降低阳光的强度。然而，散射光仍然存在。如果有许多钙钛矿，太阳能电池的运行更好，但如果有更少的光，太阳能电池仍然可以运行。 既然太阳能电池已经变得如此便宜，它们的使用在任何国家都是有益的。如果光电的想法被成功地实现，太阳能电池的能量效率将被提高，这将是更有益的。 这次采访是在俄罗斯国立研究技术大学进行的。莫斯科钢铁与合金研究所& # 8221；20日& # 8221；纳米结构中光物质关联的物理学& # 8221；光导材料(PLMCN-2019)在国际会议期间完成。