龙年预见·新质生产力丨钙钛矿是光伏电池的“星辰大海”

银柿财经 袁丁鹏 2024-02-12 11:27:09

2023达摩院青橙奖获得者王睿表示,如果把稳定性的问题快速解决的话,钙钛矿电池大概2到3年左右就可以实现产业化,或者更快,主要是解决使用寿命的问题。

编者按:过去的一年,人类社会在AI、具身机器人、脑机接口等领域取得着瞩目成就,令我们目不暇接。新时代的大门已经开启。站在龙年开首,我们想问,科技进步带来的新质生产力会把我们带向何方?光芯片、飞行汽车以及不断进化的AI,又会打开一幅怎样的人类社会图景?在此,请同银柿财经一起,聆听技术最前沿科学家们的声音。



有人说,如果人类和能源问题之间是一场赛跑,那么太阳能电池就像是百米飞人大战。小数点后的每一个数字,都是科学家争夺的焦点。像大部分“90后”一样,喜欢挑战极限的西湖大学博士生导师王睿,也加入了这场争分夺秒的大赛中。

王睿头上的称号有很多,入选2022年度全球“35岁以下科技创新35人”榜单,登上福布斯中国“2021年度30 Under 30”榜单,获2023阿里达摩院“百万”青橙奖,研究成果被科学美国人、福布斯等多家知名媒体报道等等,近日他接受了银柿财经的专访,聊的话题就是,站在龙年第一天,他所预见的太阳能电池的未来发展方向。

王睿 图源 阿里达摩院

王睿和团队的主要研究方向包括钙钛矿光电器件的制备与表征、钙钛矿材料的稳定性和缺陷态的机理研究、寻找新型有机无机杂化光伏材料等。作为第三代新型太阳能电池的代表,钙钛矿太阳能电池技术被视为未来可能可以取代晶硅电池的技术。

究竟钙钛矿太阳能电池有什么优点?王睿的解释是,它吸光性能好、转换效率高、制作成本较低、制备过程较容易以及生产过程中排碳量小等。

2009年,钙钛矿太阳能电池问世,尽管这种新型材料在当时的转化效率仅有3%,但学术界对其上限的预估高于晶硅电池。“钙钛矿太阳能电池的转换效率目前还没晶硅太阳能电池高,但今后几年有机会能够超过。”王睿表示,“晶硅太阳能电池是目前市场占有率最高的,大概市占率90%~95%。短期内钙钛矿电池冲击晶硅电池的地位可能比较难,但长期来说,随着我国对光伏装机的需求量越来越大,它(钙钛矿电池)是有机会成为主流的,或者是与现有的主流电池技术相结合,做叠层电池。

值得一提的是,目前已有光伏企业在提高钙钛矿叠层电池效率方面取得进展。2023年11月,隆基绿能研发的晶硅/钙钛矿叠层电池经美国国家可再生能源实验室(NREL)认证,效率达到33.9%,刷新该项电池效率世界记录。

王睿表示,钙钛矿材料的不稳定性是当下研究中的难点。“在光照下极为活泼的钙钛矿,很容易产生结构的崩塌,这也是钙钛矿至今没有走到完全大规模应用的原因,它的使用寿命很短,一开始只能使用几小时,但是后来随着科研人员的努力,已经延长到几千甚至上万小时。

让人觉得有趣的是,2018年和2019年,王睿先后将咖啡因、茶碱添加到钙钛矿太阳能电池中后,大大提升了钙钛矿电池的稳定性。在茶碱的加持下,钙钛矿电池可以实现连续工作500小时。2023年7月,王睿团队找到新的“添加剂”,能为钙钛矿太阳能电池带来更高的光电效率和更强的稳定性,Nature杂志在线发布了这一最新研究成果。

“如果把稳定性的问题快速解决的话,钙钛矿电池大概2到3年左右就可以实现产业化,或者更快,主要是解决使用寿命的问题。”王睿表示,目前钙钛矿电池的产业化处于早期过渡到中期的阶段,慢慢攻克问题之后,应该很快就可以出现大规模产业化

降本增效是光伏产业发展的主要驱动力,王睿表示:“整个光伏产业最大的技术突破点是如何在低成本下同时保证高效率,即把生产成本降得更低。”钙钛矿电池具备效率上限高,成本潜力大等优点,目前处于产业化落地初期,展望未来,钙钛矿电池有望成为主流光伏领域的重要角色。

(本栏目发布顺序按专访科学家姓名拼音排序)

(编辑:杨锐)
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