喷涂超薄钙钛矿太阳能电池板

太阳能为可再生能源生产做出了重要贡献。但是目前这一代的光伏电池板是基于非常重的硅块。这些是你在屋顶上看到的黑色石板。它们不仅在制造和安装上要花费很多能源，而且在几年的时间里，当它们需要更换时，它们将是一笔巨大的回收成本。这意味着剑桥大学的科学家们发现了一种新的面板材料——钙钛矿，它的性能和硅一样好，但它很薄，你可以把它喷在表面上，这是一个受欢迎的消息。萨沙·费尔德曼与克里斯·史密斯对话……

萨沙-我们发现了一种新材料，它可以彻底改变你屋顶上的太阳能电池板。这就是所谓的钙钛矿，钙钛矿是一种晶体结构，它是基于有机和无机结构块的混合物。

Chris -就其发电能力而言，基本原理是一样的吗?

萨沙:在某种程度上是会的。我们仍然会吸收阳光，光所携带的能量会产生电流，我们可以用它来储存电能。但是这个的工作方式略有不同，因为通常你会期望像硅这样的东西，非常精确的原子晶体结构，每个原子都精确地放在它应该在的地方。这很重要，因为如果你吸收光并产生电荷，你也想把这些电荷从这种材料中提取出来，所以你不希望它们被困在无序的地方。但是现在我们有了我们想要的紊乱因为它有助于定位这些电荷。

克里斯-你发明的钙钛矿是什么材料做的?

萨沙:所以里面有很多不同的离子，但最明显的是铅和碘，还有一些溴化物。它们自我组合成一个非常无序的能量景观。你可以把它想象成一个山谷结构这种材料的电荷会滚到最小值，也就是谷，然后它们会积累，我们得到越来越多的电荷，然后我们很容易地提取它们。

克里斯:所以当你说，你有一个景观你有山峰和山谷它在山峰和山谷之间倾斜所以它自己组装成那种建筑，在能量方面，当阳光照射到它时电荷会像雨水一样滚下来进入山谷，你在那里得到一个水坑。就像我们切断一条河流一样，你可以切断收集在那里的电荷流?

萨沙:没错。完全正确。有趣的是，我们没有预料到会发生这种事。实际上，我们想要创造一个非常平坦的景观，并以这种方式找到了这个组合。但后来我们发现，就像你说的，从这些电场中提取电荷瓶实际上更容易。

克里斯-如果水坑如此混乱，你是怎么把管子伸进水坑里来引出炸药的?你怎么知道这些水坑会在哪里，因此你怎么得到电荷。

萨沙-我们不知道。到目前为止，我们只是随机地涂上衬底，然后希望这些水坑中的一些实际上与底部的电极排成一条线，但由于这些水坑太薄了，只有100纳米左右，也就是人类头发直径的千分之一。在某个地方放置电极是很容易的，因为这些导航仪还很小。

Chris -我想一个巨大的优势是它很薄，与我们现在放在屋顶上的巨大的硅板相比，你有一吨左右的太阳能电池板阵列来产生一定量的电力。它会非常轻。因此，不需要运输重型材料，不需要回收大量重金属等，肯定会有很多好处。

萨沙-是的。所以你可以从这里想象出一些像柔性电子产品的东西，因为我们研究的是这样的薄膜，我们可以像喷墨打印机一样在塑料基板上打印它们。你甚至可以把它们集成到像夹克这样的东西里，然后你穿的夹克就能给你的手机充电，这就是我的梦想。

克里斯:变成人体太阳能板?

萨沙:基本上是的。它也可以用作显示器，就像我们吸收光能以获得电能一样。我们现在可以考虑把电能放进去，发出光来。这似乎行得通。也

Chris -就性能而言，因为这是关键，不是吗?关键是它有多好，它能和传统的硅技术竞争吗?好吗?

Sascha -所以实际上它的表现非常好，大约有25%的效率，你有大约相同数量的硅。所以它达到了这样的效率水平，考虑到它的生产是多么容易和便宜，这真是令人震惊。

克里斯:就环境足迹而言，你的材料中含有铅。这不是很好。是吗?如果可以的话，我们正在努力减少铅的使用，因为铅有毒，还会产生其他影响。它的环境足迹是什么?

萨沙:没错，这首曲子里有铅，我们现在就需要铅。但是，如果你对我们这里需要的铅的尺寸进行比较，你需要想象一下，仅仅把我们的太阳能材料涂满整个足球场，因为它太薄了——只有100纳米左右。完成这项工作所需的铅量仍然少于例如大拇指指甲顶部的铅量。所以和现在我们每个人的汽车里都有的硫化铅电池相比这真的是非常非常少的。

克里斯，它不会在五分钟内崩溃吗?

Sascha:所以它们确实比硅分解的时间要短得多。但考虑到我们在过去的八年左右才开始研究这个问题，我们在生命周期中得到的增长是惊人的高!

菲尔-天哪，太酷了。我受不了它喷在太阳能板上。这是剑桥大学的萨沙·费尔德曼。这项研究发表在本周的《自然光子学》杂志上。