钙钛矿太阳能电池能储能吗 钙钛矿太阳能电池用途

钙钛矿型太阳能电池是什么原理

太阳能发电系统原理2009-03-03 17:19产品销售QQ；252567458 太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：

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（一）太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

（二） 太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项；

（三） 蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。

（四） 逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。

太阳能发电系统的设计需要考虑的因素：

1、 太阳能发电系统在哪里使用？该地日光辐射情况如何？

2、 系统的负载功率多大？

3、 系统的输出电压是多少，直流还是交流？

4、 系统每天需要工作多少小时？

5、 如遇到没有日光照射的阴雨天气，系统需连续供电多少天？

6、 负载的情况，纯电阻性、电容性还是电感性，启动电流多大？

7、 系统需求的数量。

中科院在钙钛矿太阳能电池领域连获进展，此类电池的应用前景如何?

这类电池的应用在未来的前景方向是非常广的，因为现在很多的一些大家都在提倡新能源啊之类的，所以在一些政策扶持方面的话也会非常的大。

随着人们环保意识的提高，以及各国对碳排放的承诺，钙钛矿具有独特的光电特性，且制备成本远低于硅基太阳电池，其商业化前景十分可观。

中科院在钙钛矿太阳能电池领域连获进展，此类电池的应用前景如何?钙钛矿太阳能电池被认为是未来应用潜力的光伏技术之一。 制备大面积钙钛矿电池并推进其产业化进程已经成为该领域的主要发展方向之一。

钙钛矿电池优势和劣势

钙钛矿太阳能电池优缺点：

一钙钛矿电池的优势：转换效率发展速度快6年时间从3.8%升到20.3%，而2013年十一月美国科学家在新研究中发现，新式钙钛太阳能电池的转化效率或可高达50%，为目前市场上太阳能电池转化效率的2倍，这说明了它还有很大的发展潜力;电池制作工艺简单实验室中常采用液相沉积、气相沉积工艺、液相/气相混合沉积工艺;

二钙钛矿电池的劣势：材料有毒钙钛矿电池材料含有铅，不过铅跟其他类型电池含有的砷、镓、碲、镉相比，简直就是小巫见大巫。

而美国西北大学也已研发出一种用锡代替铅的钙钛矿太阳能电池，不过这种电池的转换效率还只有6%，而且材料非常不稳定，目前处于研发初级阶段;

钙钛矿太阳能电池前景是怎么样的？

钙钛矿太阳能电池前景很不错。

太阳能电池将阳光转换为电能，长期以来一直是全球可再生能源愿景的一部分。虽然单个电池非常小，但当升级到模块时，它们可以用来为电池和电灯充电。

如果并排放置，总有一天，它们可以成为建筑物的主要能源.但是目前市场上的太阳能电池使用的是硅，与传统的电源相比，硅的制造成本很高。

这就是另一种相对较新的材料进入金属卤化物钙钛矿的地方。当嵌套在太阳能电池的中心时，这种晶体结构也能将光转换成电能，但成本要比硅低得多。

此外，钙钛矿基太阳能电池可以使用硬质和更薄的基板制作，因此，除了成本更低之外，它们还可以更轻、更灵活。但是，为了具有现实世界的潜力，这些原型需要在尺寸、效率和寿命上得到提高。

现在，在一项新的研究中，发表在纳米能由冲绳科技研究生院的齐亚彬教授的能源材料和表面科学部门的研究人员已经证明，以不同的方式创造钙钛矿所需的原料之一可能是这些细胞成功的关键。

钙钛矿电池是什么意思

钙钛矿太阳能电池（PSC）是一种类型的太阳能电池，其包括钙钛矿结构的化合物，常用的是杂化有机-无机铅或锡卤化物类材料，作为捕光有源层。

钙钛矿材料，如甲基铵卤化铅和全无机卤化铯铯，生产便宜且易于制造。

使用这些材料的设备的太阳能电池效率从2009年的3。8％提高到2020年的25。5％，在单结架构中，在硅基串联电池中达到29。1％，超过了单结硅太阳能电池实现的电池效率。因此，钙钛矿太阳能电池是目前发展快的太阳能技术。

钙钛矿型太阳能电池具有实现更高效率和极低生产成本的潜力，已成为商业上的吸引力。

新好材料钙钛矿，改造太阳能电池

随着现代科技的发展，人类对能源的需求也逐渐增加，因此科学家一直努力寻找著合适的替代能源。其中受瞩目的能源之一，莫过于取之不尽、用之不竭的太阳能，因此科学家也一直想研发出理想的太阳能电池，能够把太阳的能量尽可能的转化为电能，并且长时间储存起来。

一直以来，太阳能电池的材料都以常使用的半导体材料——矽晶为主，然而自 2009 年开始，一种特殊的有机金属卤化物材料「钙钛矿」引起了科学家的注意。「钙钛矿」原本是指钙与钛的氧化物 CaTiO3（结构可表示为 ABX3），因为有机金属卤化物的结构与钙钛矿 ABX3 同类型，所以统称为钙钛矿（见图 1）。太阳能电池用的钙钛矿，吸收光的效率很高，吸收光子后，可以很快地分离成电子与电洞，传送到电极而产生电流。这样的高效率让科学家想到，何不用钙钛矿来制作太阳能电池呢？

图 1、钙钛矿晶体结构示意图。用做太阳能电池的钙钛矿通常为有机金属卤化物。（林唯芳、王彦锜）

大学材料科学与工程学系教授林唯芳的研究领域一直以高分子材料为主，也研究过以有机材料来制作太阳能电池。钙钛矿的出现，很快就吸引了林唯芳的眼球。「钙钛矿这种材料简直不得了。」谈起钙钛矿，林唯芳透露著兴奋的心情，因为和传统的矽晶相比，以钙钛矿制作太阳能电池的制程简单太多了！

制作太阳能电池，竟和刷油漆一样简单

首先，以矽晶做为材料时，为了减低晶格里的缺陷数量，必须经过约 900℃ 的高温长时间处理，然后再以半导体高真空高温制程制作成二极体太阳能电池，工序繁琐严苛。但钙钛矿太阳能电池是以溶液涂布薄膜的形式来制作，所以不需这么高温，也不需要真空环境，只要在一般环境里就可以制作。

钙钛矿太阳能电池的结构如图 2，在制造时，每一层都只需要简单的涂布，再以红外线快速烘干长晶[注1]即可，烘干需要的时间甚至不到一分钟。林唯芳形容：「整个过程就像刷油漆一样简单。」而因为钙钛矿太阳能电池的制作就像刷油漆一样，因此比起矽晶，钙钛矿更容易做出大面积的太阳能电池，甚至是涂布在各种基材上，做出可挠曲、各种色彩的太阳能电池，应用更加广泛。

图2、钙钛矿太阳能电池结构示意图。（林唯芳、王彦锜）

不过林唯芳也说，目前钙钛矿和矽晶相比，使用寿命短了许多，矽晶太阳能电池一般认为具有 30 年左右的寿命，但钙钛矿的结构大约只能维持 10 年。这是因为钙钛矿的晶体结构中，ABX3 各成分之间只是单纯的彼此堆叠及配位键[注2] ，并非以共价键结合，键结不够强的情况下，容易受到破坏。林唯芳的团队也尝试着用加入不同离子的方式，增加钙钛矿的稳定度，延长使用寿命。

钙钛矿与矽晶的合作无间

林唯芳强调：「我们对太阳能电池的期许，除了大面积、长寿命外，更重要的是高转换效率。」这几年来，在林唯芳团队及全世界科学家的努力下，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经追上矽晶太阳能电池，约在 20-25% 左右。不过，钙钛矿和矽晶并不是对立的角色，包括林唯芳在内的许多科学家，都正在尝试让这两种材料「合作」——他们将钙钛矿与矽晶叠起来，达到更高的光电转换效率！

钙钛矿与矽晶的比较表。（何庭劭绘）

这是因为钙钛矿能吸收转换的光波段和矽晶不同，钙钛矿主要吸收较高能量的短波波段，矽晶则以较低能量的长波波段为主，所以若让太阳光先后穿透钙钛矿太阳能电池与矽晶太阳能电池，就能更的利用太阳光里各种不同波段的光。

在叠层的做法上，有些研究团队是在制作太阳能电池时，改变制程，设法将矽晶与钙钛矿叠层。不过林唯芳和联合再生能源公司合作，将两种太阳能电池独立制作，只是将钙钛矿太阳能电池的电极转换成可透光的材料，然后直接机械式的叠起。林唯芳解释：「这样做的好处在于可以维持现有的矽晶太阳能电池的制程，再加上简单的钙钛矿太阳能电池制程，在现阶段的技术上是有商机的。而且现在钙钛矿太阳能电池还是比较容易损坏，如果它先损坏了，我们可以只要替换新的钙钛矿太阳能电池上去就好。」

图 3、钙钛矿太阳能电池与矽晶太阳能电池叠层，可以增加光电转换效率。（林唯芳、吴庭慈）

谈起这几年钙钛矿的兴起，林唯芳认为这是非常有希望的一种材料！在这几年的积极努力下，林唯芳不但在钙钛矿太阳能电池的研究上有进展，还为技术的产业化努力，鼓励毕业同学廖学中与许哲溥，创立前创科技公司，专精于钙钛矿太阳能电池材料的制造和生产，并和台大机械系的黄秉钧教授、亿尚精密机械公司合作，共同研发了专门涂布制作钙钛矿太阳能电池的机器（如图 4）。另外也和生产矽晶太阳能电池的联合再生公司合作，发展大面积高效率层叠太阳能电池，形成了上中下游完全自主整合的一条鞭生产链。

林唯芳说：「这对我们的产业界也带来了贡献，虽然我是做学术研究的，但能帮助到的产业，我也觉得很开心。」而钙钛矿这个「大自然的礼物」，将为太阳能以及人类生活带来的改变，也值得我们期待。

图 4、钙钛矿太阳能电池薄膜制造机。（黄秉钧）

钙钛矿电池是什么意思

钙钛矿电池，是指钙钛矿型太阳能电池。

钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。

工作原理

在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子束缚能的异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子。而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长。

然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到等电子传输层，后被FTO收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，后被金属电极收集。

当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流子的损失，如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合（钙钛矿层不致密的情况）、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合。要提高电池的整体性能，这些载流子的损失应该降到。后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。

认识钙钛矿，一种可以改变我们太阳能未来的神秘矿物

有一天，太阳能电池板可能会变得轻巧便宜，可以挂在晾衣绳上，这要归功于一种叫做钙钛矿的合成矿物。 物理学家 Sam Stranks 解释了科学和阻碍其发展的挑战。

太阳能是我们能源未来的关键。 但太阳能行业正面临一个难题：硅电池在将阳光转化为电能方面效率不高——多只有 29% 的效率。 您可能想知道，当没有阳光时，为什么效率很重要？ 答案是：因为低效率意味着您需要安装大量太阳能电池板——这些太阳能电池板可能又大又重且制造成本高——以产生足够的能量来满足您的需求。

但根据剑桥大学物理学家（和 TED 研究员）山姆·斯特兰克斯的说法，这种情况可能会因为一种叫做钙钛矿的矿物而改变。 他和他在 Swift Solar 的同事正在努力开发基于钙钛矿的太阳能电池板，这种电池板可能会突破能效上限。

“钙钛矿”一词是指两种物质：一种由钛酸钙组成的氧化钛钙矿物，以及具有该矿物独特晶体结构的一类化合物。 拥有如此有前途的光伏 (PV) 或太阳能发电特性的钙钛矿是日本科学家 Tsutomu Miyasaka 及其同事在 2009 年前发现的一组人造版本。 （宫坂在 2018 年被谈论为潜在的诺贝尔奖获得者。）“这些钙钛矿比硅更能吸收阳光，”斯特兰克斯说。 “我们可以用至少比硅薄一百倍的钙钛矿薄膜吸收几乎所有的阳光。”

这种溶液形成一种油墨，可以通过使用喷墨印刷或旋涂形成超细、均匀地层。 “沉积的薄膜非常薄——大约 500 纳米或大约是人类头发厚度的 1/100——足以吸收发电所需的大部分阳光，”斯特兰克斯说。

“例如，加利福尼亚州需要 50 吉瓦的电力，”斯特兰克斯说，“而要制造足够的太阳能电池板，你只需要奥运会游泳池一半的钙钛矿墨水。”

虽然建造一座硅工厂的成本约为 3 亿至 4 亿美元，但一座钙钛矿工厂的成本可能不到 1 亿美元。 “成本异部分是因为制造高结晶硅需要将其加热到非常高的温度以消除缺陷，”斯特兰克斯说。 “另一方面，钙钛矿薄膜只需轻轻加热即可无缺陷，并且可以在大型打印机上快速推出，更具成本效益。”

“这不是硅的非此即彼的命题，而是两者兼而有之，” Stranks 说。 钙钛矿电池可以层叠在现有的硅太阳能电池上——在“串联”电池中——以提高它们的效率。 Stranks 认为，用钙钛矿增强硅可以使每个光伏电池板的效率比今天的光伏电池板高 20%。 效率的提高可能会通过太阳能过程产生影响。 他解释说：“如果你要安装的房子以前需要五块面板，现在你只需要四块。 这改变了很多事情：太阳能发电场的面板会突然便宜 20%，以及其他成本节约，等等。”

太阳能电池的工作是在可见光谱中收集各种波长的光——这些光被感知为不同的颜色——并将它们转化为能量。 “当你在硅电池上放置钙钛矿电池时，钙钛矿层会收集蓝光，这是能量的可见光，并将其转化为电能，”斯特兰克斯说。 “然后其余的光穿过下面的硅电池，它吸收更红、能量更低的射线并将其转化为能量。 这个想法是，通过这两层，你几乎可以收集整个光谱，但你是按顺序进行的，以限度地提高发电量。”

斯特兰克斯说，这就是目标。 钙钛矿-钙钛矿串联电池——由他的联合创始人 Giles Eperon 和 Tomas Leijtens 首次展示的概念——是 Swift Solar 团队正在开发的一项技术。 两种不同类型的钙钛矿电池相互叠放，就像串联钙钛矿-硅电池收获不同频率的光一样，串联钙钛矿-钙钛矿电池也是如此。 这些可能会将效率提高到 35% 或更高。

“硅电池可以使用 25 年，而钙钛矿电池尚未在水分和热量等环境压力下得到充分证明，”斯特兰克斯说。 （请记住，这种材料是在 2009 年才发现的。）如果您要在房屋上安装昂贵的太阳能电池板，您希望它至少能使用几十年。 Stranks 乐观地认为，钙钛矿电池可以变得耐用，也许可以通过优化成分和电池设计。 同时，串联钙钛矿电池可以开始用于不需要长期耐用性的运输和通信应用。

Stranks 设想钙钛矿电池有一天会在发展家的农村地区提供电力。 虽然硅面板已经在各种环境中安装和使用，但它们可能又重又笨重。 “一个想法是滚下这些廉价的太阳能板，装满一辆卡车，以便在偏远的社区使用。 这些床单可以挂在晾衣绳上，安装在避难所的屋顶上等等，”他说。 “一张带有蓄电池的典型床单可以为手机充电器、灯或小冰箱供电。” 根据 Stranks 的佳猜测，钙钛矿可能需要长达十年的时间才能进入消费者的生活。 “我们还有工作要做，需要全球推动才能充分发挥钙钛矿的潜力，”他说。 “但鉴于廉价清洁能源的价格，未来是光明的。”