神奇的水晶将改变太阳能发电。

的技术钙钛矿太阳能电池可能还很年轻，但据预测，它几乎已经准备好冲出实验室了并彻底改变光伏产业。

在首次研究钙钛矿在太阳能电池中的应用仅仅12年后，《国际光伏技术路线图》——由德国机械工程工业协会(VDMA)利用光伏专家的数据发布的技术预测——预测到2025年，这种材料将用于光伏电池的商业应用。

无论这些大胆的新太阳能电池是明年还是2025年上市，专家们都一致认为，它们将改变太阳能电池板。

这是Greg Wilson博士的时间线，他是CSIRO能源中心在新南威尔士州的纽卡斯尔，这是现实的。

他说:“当专家们说商业产品将在2025年左右推出时，我会遵循他们的路线图。”“它的商业化还处于早期阶段，但鉴于(这项技术)只有12年的历史，它在研发和商业化潜力方面做得非常好。”

还有一些人有着更大胆的预测，包括钙钛矿细胞开发先驱之一亨利·斯奈斯(Henry Snaith)。斯奈斯是英国牛津大学的物理学教授牛津大学光伏2010年，也就是研究人员首次试验钙钛矿太阳能电池的一年之后。牛津光伏被认为是钙钛矿电池开发的世界领导者，它很可能是第一批将电池推向市场的公司之一。

“有很多公司在研究钙钛矿在光伏发电中的不同应用，”Snaith说。“在牛津光伏公司，我们在过去几年里一直在运行一条试点线，以证明这项技术，并为大批量生产做好准备。

“我们已经建成了第一条钙钛矿硅生产线，初始年产能为100兆瓦。我们的计划是在明年让这条生产线投入运营，并在2022年开始首批商用电池和模块进入市场。”

无论这些大胆的新太阳能电池是明年还是2025年上市，专家们都一致认为，它们将改变太阳能电池板。

钙钛矿是一种天然存在的钙钛氧化物矿物，于1839年在俄罗斯乌拉尔山脉发现，以俄罗斯矿物学家Lev Perovski(1792-1856)的名字命名。如今，钙钛矿指的是与钙钛氧化物具有相同晶体结构的化合物。

钙钛矿是指与二氧化钛钙具有相同晶体结构的化合物。

2009年，日本工程师Tsutomu Miyasaka及其同事首次对钙钛矿太阳能电池进行了研究。他们发明了一种能量转换效率仅为3.8%的电池，而现代硅太阳能电池板的平均效率约为20%。

从那时起，钙钛矿的效率水平达到了创纪录的24%，超过了硅用了40多年才达到的效率水平。

斯奈斯在早期的效率提升中发挥了重要作用，他形容这种进步“令人难以置信”。Anita Ho-Baillie教授，悉尼大学的John Hooke纳米科学主席，是另一位目睹钙钛矿作为太阳能电池选择的突然崛起的人。

“我大约在2013年开始感兴趣，”她说。当时，有80篇关于钙钛矿的论文。我读了每一篇。

“现在有成千上万篇关于钙钛矿的论文。每个参与太阳能电池研究的人都会有某种设备或实验室对钙钛矿进行一些研究。”

太阳能板准备好了

当钙钛矿进入市场时，它们将成为串联或双结太阳能电池，在硅电池的顶部覆盖一层薄钙钛矿电池，有效地给传统太阳能电池板超级充电。

虽然硅电池有一个热力学极限——它们能达到的最高效率——约29%，串联电池中的两层可以结合起来，突破威尔逊所说的“神奇的30%能量转换效率障碍”。

他说:“这种钙钛矿材料吸收的光谱不同于硅，当你把它放在硅上时，它会过滤掉一些光子，并将其转化为电能。”“其他没有被吸收的光子通过这种材料进入硅。这也产生了电力。

“当你使用双结时，热力学极限会达到39%。所以这是硅上钙钛矿的新基准。”

对消费者的好处来自于另一种形式的效率:成本。钙钛矿电池的制造成本很低，所以不会增加太阳能电池板的价格。

“我们预计，只要模块成本增加不到10%，就能增加30%的电量。”

格雷格·威尔逊，CSIRO能源中心

“我们所要做的就是在硅晶片上涂上一层钙钛矿涂层，”Wilson说。“我们认为这样做成本最低，新设备的数量也非常少。我们预计，只要模块成本增加不到10%，就能增加30%的电量。”

钙钛矿电池的环境效益是紧随经济效益而来的。为了有效地降低发电成本，串联电池应该鼓励更多地使用太阳能电池板。串联电池产生的能量更高，而制造钙钛矿电池所需的资源更少，这也将有助于抵消为太阳能电池生产硅所需的高碳成本。

Ho-Baillie说:“从石英岩到高纯度硅树脂的净化过程需要1000°C的净化过程，这需要几天或几周的时间。”“这消耗了大量的能源。而钙钛矿则没有。

“这是一个自我组装的过程。你只要把化学前体放在一块材料上，你想把它变成太阳能电池，然后在100到200摄氏度左右加热它，这比硅低得多，它就会变成光活性材料。”

发电的窗户

钙钛矿电池层的灵活性是硅电池宽度的一小部分，这为它们的潜在应用开辟了令人兴奋的可能性，包括将电池插入双层玻璃窗之间。

例如，CSIRO就已经做到了成功他们生产了半透明钙钛矿太阳能电池，这种电池能在允许光线穿过的情况下发电，其转换效率为17%。其他人则鼓吹使用钙钛矿来制造类似于牢不可破的手机屏幕它可能也有太阳能充电能力。

随着钙钛矿太阳能电池的商业化，围绕其稳定性和耐用性的问题依然挥之不去。硅太阳能电池板通常可以使用25年左右，而在其发展的早期，钙钛矿电池通常在几分钟后就开始降解。它们对水分和氧气很敏感，找到稳定它们的方法——从而延长它们的耐久性——一直是研究人员的伟大任务之一。

随着钙钛矿太阳能电池的商业化，围绕其稳定性和耐用性的问题依然挥之不去。

Ho-Baillie说:“有很多关于稳定这些材料的研究。”“它不喜欢潮湿，而当热量和阳光参与进来时，情况会更糟。

“我们的一个研究(项目)就是着眼于稳定它们。我们正在发现它是如何退化的，一旦你了解了是什么触发了退化，你就可以开发保护它的方法。”

威尔逊说，这种电池在耐用性方面取得了重大进展。“这比十年前好多了——它正在接近国际标准的要求。有许多科学报告表明，它们是持久的，它们将满足这些20年的生命周期。”

在牛津光伏公司，斯奈斯对钙钛矿电池非常有信心，该公司计划明年将其推向市场，他预测这些电池的寿命将与现有的太阳能电池板相当。

“与硅相比，钙钛矿-硅上串联的电池和模块非常有利，我们预计第一个钙钛矿-硅上串联产品的性能保证期为25年。”