俄勒冈州立大学 钙钛矿结构
学分:约翰·拉布拉姆，俄勒冈州立大学
俄勒冈州立大学的太阳能研究人员正把他们的科学焦点集中在近两个世纪前发现的具有晶体结构的材料上
并非所有具有钙钛矿结构的材料都是半导体
但是基于金属和卤素的钙钛矿却是，它们作为光伏电池有着巨大的潜力，制造成本可能比自20世纪50年代以来一直占据市场的硅基电池低得多
研究人员说，有足够的潜力，也许有一天会在能源领域大幅瓜分化石燃料的份额
OSU工程学院的约翰·拉布拉姆是最近两篇关于钙钛矿稳定性的论文的对应作者，分别发表在《通信物理学》和《物理化学快报》杂志上，他还为今天发表在《科学》杂志上的一篇论文做出了贡献
由牛津大学的研究人员领导的《科学》杂志的研究显示，一种分子添加剂——一种基于有机化合物哌啶的盐——极大地提高了钙钛矿太阳能电池的寿命
这三篇论文中概述的发现加深了对一种有前途的半导体的理解，这种半导体源于一位俄罗斯矿物学家很久以前的发现
1839年，在乌拉尔山脉，古斯塔夫·罗斯偶然发现了一种钙钛氧化物，具有迷人的晶体结构，并以俄罗斯贵族列夫·佩罗夫斯基的名字命名
钙钛矿现在指的是一系列共享原始晶格的材料
2009年，日本科学家高桥努·宫坂发现一些钙钛矿是有效的光吸收剂后，人们对它们的兴趣开始增加
拉布拉姆说:“由于成本低廉，钙钛矿太阳能电池有潜力削弱化石燃料，并彻底改变能源市场。”
“然而，这类新材料的一个鲜为人知的方面是它们在持续光照下的稳定性，这是阻碍商业化的一个问题
" 在过去的两年里，拉布拉姆在电气工程和计算机科学学院的研究小组已经建立了独特的实验装置来研究太阳能材料电导随时间的变化
他说:“通过与牛津大学的合作，我们证明了光诱导的不稳定性会持续数小时，即使没有电接触也是如此。”
“这些发现有助于澄清在太阳能电池中观察到的类似结果，并为改善钙钛矿太阳能电池的稳定性和商业可行性提供了关键
" 太阳能电池效率是由阳光照射到电池上转化为可用电能的百分比来定义的
测试仪器
学分:约翰·拉布拉姆，俄勒冈州立大学 70年前，贝尔实验室开发了第一个实用的太阳能电池
以今天的标准来看，它的效率只有6%，制造成本也很高，但它在为太空竞赛初期发射的卫星提供动力方面找到了一席之地
随着时间的推移，制造成本下降，效率上升，尽管大多数电池没有太大变化——它们仍然由两层掺杂有添加剂的近乎纯的硅组成
它们吸收光线，利用光线产生的能量在两者之间的连接处产生电流
2012年，拉布拉姆的合作者之一，牛津大学的亨利·斯纳斯有了突破性的发现，钙钛矿可以用作太阳能电池的主要成分，而不仅仅是作为敏化剂
这导致了一场研究活动的风暴，每年都有数以千计的科学论文发表
经过八年的研究，钙钛矿电池现在可以以25%的效率运行——至少在实验室里，可以与商用硅电池相媲美
钙钛矿电池可以用普通的工业化学品和金属廉价地制造，并且可以印刷在塑料的柔性薄膜上并大量生产
相反，硅电池是刚性的，由几乎纯硅的薄片通过昂贵的高温工艺制成
钙钛矿的一个问题是，当温度升高时，它们往往会有些不稳定，另一个问题是对水分的脆弱性——这种结合会使细胞分解
对于一种需要在户外使用20到30年的产品来说，这是一个问题
“总的来说，能够在美国销售太阳能电池板
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而欧洲要求25年的保修期
“这实际上意味着，25年后，太阳能电池的性能应该不低于其原始性能的80%
目前的技术，硅，非常适合这种情况
但是硅必须在高于2000摄氏度的温度下，在受控条件下昂贵地生产出来，才能形成完美、无缺陷的晶体，这样它们才能正常工作
" 另一方面，钙钛矿是高度缺陷容忍的，拉布拉姆说
“它们可以溶解在溶剂中，然后在接近室温的温度下印刷，”他说
“这意味着它们最终可能以硅的一小部分成本生产，从而削弱化石燃料
然而，要做到这一点，它们需要获得25年保修的认证
这就需要我们去理解和提高这些材料的稳定性
" 通往市场的一个途径是由硅和钙钛矿制成的串联电池，它可以将更多的阳光光谱转化为能量
拉布拉姆说，对串联电池的实验室测试已经产生了28%的效率，30年代中期的效率似乎是现实的
他说:“串联电池可能会让太阳能电池板生产商提供超越硅本身的性能。”
“这种双重方法有助于消除钙钛矿进入市场的障碍，最终使钙钛矿成为独立的细胞
" 半透明的钙钛矿薄膜有朝一日也可以用在窗户上或温室里，将部分入射的阳光转化为电能，同时让其余的阳光通过
“谈到能源生产，成本是最重要的因素，”拉布拉姆说
“硅和钙钛矿现在显示出大致相同的效率
然而，从长远来看，钙钛矿太阳能电池有潜力以硅太阳能电池的一小部分成本制造
尽管历史已经向我们表明，应对气候变化的政治行动在很大程度上是无效的，但如果你能以比化石燃料更低的成本从可再生资源中发电，你所要做的就是生产这种产品，然后市场会照顾到其余部分
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