一种新的太阳能电池设计，使用廉价和通用的材料，可以竞争，甚至优于传统的硅电池。

斯坦福大学和牛津大学的研究人员在《科学》年10月21日的文章中写道，锡和其他丰富的元素被用来制造一种新型钙钛矿——一种比硅晶体更薄、更柔韧、更容易制造的光伏晶体材料。

斯坦福大学材料科学与工程教授Michael McGee表示：“钙钛矿半导体在低成本制造高效太阳能电池方面显示出了巨大的前景。”“我们设计了一种坚固的全钙钛矿器件，将太阳光转化为电能，效率为20.3%，与目前市场上的硅太阳能电池相当。”

新装置由两个串联的钙钛矿太阳能电池组成。麦克格赫补充说，每个细胞都印在玻璃上，但同样的技术可以用来在塑料上印刷细胞。

牛津大学物理学教授HenrySnaith说：“我们展示的全钙钛矿系列电池清楚地勾勒出薄膜太阳能电池实现30%以上效率的路线图。”“这只是开始。”

串联技术

先前的研究表明，添加一层钙钛矿可以提高硅太阳能电池的效率。但是作者说，由两个全钙钛矿电池组成的串联设备将更便宜，能耗更低。

斯坦福大学博士后研究员、合著者托马斯莱滕斯(Thomas Letens)说：“硅太阳能电池板是通过温度超过3000华氏度(1600摄氏度)的过程将二氧化硅转化为硅晶体而开始的。”钙钛矿电池可以在实验室用铅、锡、溴等常见材料加工，然后在室温下印刷在玻璃上。"

然而，构建全钙钛矿系列器件始终是一个困难的挑战。主要的问题是创造稳定的钙钛矿材料，它可以从太阳中捕获足够的能量来产生合适的电压。

典型的钙钛矿电池从太阳光谱的可见部分获得光子。高能光子可以使钙钛矿晶体中的电子跳过“能隙”产生电流。

能量间隙小的太阳能电池可以吸收大部分光子，但产生的电压非常低。能量间隙大的电池会产生更高的电压，但低能光子会通过它。

一个有效的串联装置将由两个理想的匹配细胞组成，领先的作者贾尔斯埃佩伦说，他是牛津大学的博士后学者，目前在华盛顿大学。

Eperon说：“能量间隙大的电池会吸收高能光子，产生额外的电压。”“能量间隙很小的电池可以获得第一个电池没有收集到的光子，仍然可以产生电压。”

事实证明，小差距对科学家来说是更大的挑战。Eperen和Letens合作，利用锡、铅、铯、碘和有机材料的独特组合，创造了一种能量间隙小的高效电池。

Epelon说：“我们开发了一种新型钙钛矿，可以吸收低能红外光，提供14.8%的转换效率。”然后，我们将其与由类似材料组成的钙钛矿电池结合，但具有较大的能隙。

结果：由两块钙钛矿电池组成的串联装置综合效率为20.3%。

“钙钛矿有成千上万种可能的化合物，”雷伊滕斯补充道，“但这一种效果很好，比以前的任何东西都好。”

求稳

钙钛矿的一个问题是稳定性。由硅制成的屋顶太阳能电池板通常可以使用25年或更长时间。然而，有些钙钛矿遇水或遇光会迅速降解。在以前的实验中，发现由锡制成的钙钛矿特别不稳定。

为了评估稳定性，研究小组在两个温度为212华氏度(100摄氏度)的实验细胞上进行了四天的实验。

作者写道：“最重要的是，我们发现我们的电池表现出优异的热稳定性和大气稳定性，这对于锡基钙钛矿来说是前所未有的。”

McGehee表示：“我们系列器件的效率已经远远超过了其他低成本半导体(如有机小分子和微晶硅)制成的最佳系列太阳能电池。”“那些看到潜力的人意识到这些结果是惊人的。

斯尼斯说，下一步是优化材料的成分，以吸收更多的光并产生更高的电流。

他说：“钙钛矿的多功能性、低成本材料和制造，加上实现高效率的潜力，一旦可制造性和可接受的稳定性得到证明，将彻底改变光伏行业。”