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据日本《朝日新闻》近日报道，钙钛矿太阳能电池作为新一代太阳能电池正受到越来越多的关注。 使用优点多 作为新一代太阳能电池，“钙钛矿太阳能电池”正备受关注。它能安装在窗户和墙壁上，还能在室内发电，由于使用方便，日本国内外都在加快推进研发以实现商用化。 太阳能电池用来制作的材料尽管多种多样，但目前得以普及的太阳能电池中，95%以上是硅太阳能电池。 不过，硅如果太薄就会破裂，因此需要一定厚度。硅太阳能电池重量为平均每平方米10至15公斤，仅限于安装在强度较高的建筑物顶或楼顶等地。由于复杂的制造工艺，成本高也是一个课题。 而钙钛矿太阳能电池解决了上述问题。钙钛矿是一种晶体结构，钙钛矿太阳能电池是利用碘、铅等结晶形成的薄膜来发电。即使厚度仅为0.1微米，它也能进行发电。重量仅为硅的十分之一左右。 钙钛矿太阳能电池有很好的可弯曲性，可以安装在过去难以放置的地点。只要在薄玻璃或塑料基板上涂上材料，就可以非常简单并以很低成本制造出来。而且，即使是阴天或雨天，利用室内光线都能进行发电。 在受到光照的情况下，钙钛矿层会吸收光，电子会从原子中脱落，进而出现电子的空壳部分“空穴”。电子带负电，“空穴”则带正电。 钙钛矿层夹在电子传输材料和“空穴”传输材料之间。电子和“空穴”在钙钛矿内部分别向负极和正极方向扩散，分成两侧电极，从而进行发电。 钙钛矿太阳能电池的研发者之一是日本桐荫横滨大学特聘教授宫坂力，他原来的研究领域是使用色素和氧化钛等材料发电。情况在2006年突然发生变化。当时还是研究生的小岛阳广说：“打算制造一种将色素换成钙钛矿的发电装置。”钙钛矿太阳能电池的研究由此开始。 在2009年，用钙钛矿太阳能电池将光能转换为电的转换效率为3.8%，经过反复研究，转化效率提高到了10.9%。2012年上述成果在《科学》杂志上发表后，这一技术在全球引发了研究热潮。现在，钙钛矿太阳能电池的转换效率可以与硅型太阳能电池相匹敌，达到20.5%左右。 如果钙钛矿太阳能电池得以普及，人们就可以轻松地自己进行制作，还可以利用室内光照为智能手机充电。 宫坂描绘了这样的未来：“如果安装地点允许钙钛矿太阳能电池和硅太阳能电池协调共存，就会出现街上到处都有太阳能电池的社会，可能会形成电力自给自足的结构。” 全面推广难 钙钛矿太阳能电池也面临挑战。一是它不耐水分和损伤，二是含有对人体有害的铅。 京都大学教授若宫淳志的研究团队使用毒性比铅更低的锡进行研究开发，将铅含量减少的部分换成锡，在2022年稳定获得了23.6%的转换效率。 在欧洲，铅的使用受到限制。若宫说：“为推动产业化，要求实现无铅化。我们也希望推进不含铅的高性能电池研究。” 日本国内外正在积极推进钙钛矿太阳能电池的商用化。据咨询公司富士经济预测，到2020年代中期将正式开始批量生产钙钛矿太阳能电池；到2035年，其市场规模将扩大到1万亿日元(约合67亿美元)。 为了支持开发这项源自日本的技术，日本政府4月提出了在2030年之前普及钙钛矿太阳能电池的方针。但是，要实现批量生产还要解决以下几个课题。 首先需要大面积均匀涂抹技术，涂抹不均匀会使质量下降。由于涂抹面积变大可能导致转换效率下降，因此兼顾大面积和高转换效率也很重要。在日本国内，积水化学工业、东芝、钟化等公司正在进行研发。 钟化还致力于开发硅太阳能电池和钙钛矿太阳能电池相叠加的“串联型”太阳能电池。这两种电池所吸收光的波长不同。两种电池的组合，可以比一种电池吸收更大范围波长的光，进而提高转换效率。 相关验证实验也已经开始。以2025年开展这项事业为目标，积水化学工业今年春天将钙钛矿太阳能电池安装在东京都污水处理设施的处理槽盖上，截至2025年将对其转换效率和耐用性进行调查。JR西日本公司的大阪地下车站广场也计划于2025年春天进行安装并投入使用。 宫坂说：“材料可以在国内采购。剩下的就看能完成多大产量。” 日本在硅太阳能电池方面一直依赖从国外进口，但在钙钛矿太阳能电池的主要原料碘方面，产量位居世界第二。宫坂说，现在全世界大约有3万多人在开展研究，相关开发正在加快。 他说：“对于日本，也许没有比这更具吸引力的能源了。” |
