太阳能是人类善意几乎总是领先于技术能力和经济现实的领域之一。 美国第一位发明家查尔斯·弗里茨（Charles Frits）是第一块太阳能电池板的创造者，他早在1881年就预测很快将用太阳能发电站取代普通的发电厂。 而且尽管他创建的装置效率仅为1％，也就是说，有那么多的阳光转化为电能。 140年后，查尔斯·弗里茨（Charles Fritts）的梦想从未实现：太阳能仍在风车，发电机，地热泉和矿物的争夺下在阳光中挣扎。 是什么减慢了太阳能革命的速度，有哪些方法正在尝试改善太阳能电池板？
看来，有了太阳能，我们就将一条看不见的电线延伸到了我们行星系统中最强大的反应堆上，该反应堆至少还会再消失50亿年（我们会考虑）。 但是人类花了将近一个世纪的时间才将太阳能电池板的效率提高了五个百分点-贝尔实验室的科学家在1954年制造了一种更强大的电池时就发生了这种情况。
然而，近年来太阳能的进步令人印象深刻。 他们在此方面的投资比任何其他可再生能源（RES）都要多。 同时，自2010年以来，“太阳能”的平均成本已从每千瓦时0.371美元降至0.085美元。
近年来，对太阳能的投资停滞不前。 资料来源：国际可再生能源机构（IRENA），法兰克福学校-UNEP中心/ BNEF然而，太阳能尚未征服世界。 即使是德国（2019年上半年在可再生能源上产生的能源也比煤炭和原子能产生的能源更多），也不急于放弃褐煤产能。 计划到2030年将其从目前的45吉瓦减少到37吉瓦。 同时
，税收政策和补贴仍在很大程度上
确保太阳能的经济成功。 这解释了一个悖论：德国的批发电价是欧洲最低的，而最终的电价是最高的。
为什么太阳能仍然需要“财务拐杖”？ 原因如下：- 太阳能仍然不是最有效的-装机容量利用率（KIUM），即实际产生的能量与制造商为太阳能电池板设定的预计能量之比，冬季为 13-18％，夏季为30-35％，这是最低的RES，以及天然气和煤炭；
- 因此，太阳能的成本更高-世界平均水平为每千瓦时0.085美元，而生物能源-0.062美元，地热资源-0.072美元，水力发电厂-0.047美元； 只有最接近的竞争对手更昂贵-远离大海的风电场的发电成本为0.127美元，而海上风电场的发电成本为每千瓦时0.056美元；
- 光子从发光体到达的不稳定性迫使我们使用其他设备进行能量的积累和分配（顺便说一句，我们讨论了解决该问题的方法）；
- 太阳能系统需要大量空间，无论是野外的大型电站（城市附近的土地价格昂贵）还是家庭电气装置，不仅需要连接逆变器和电池，还需要提供维护通道。
为了解决这些问题，您需要使太阳能电池板更便宜，更高效并且从字面意义上讲要灵活。
硅酸乙酯
太阳能电池板由能很好地捕获光能的材料组成。 通常，此材料夹在金属板之间，这些金属板将捕获的能量沿链向下传送。 在贝尔实验室工程师生产的同一1954年太阳能电池板中，硅起着重要作用。 经过许多修改，它仍然主导着用于太阳能电池的太阳能电池的生产，占面板总数的95％。
半个世纪以来，人类开发了几种类型的硅太阳能电池。 多晶硅面板占据了世界市场的最大份额。 由于相对便宜，这是由于较便宜的生产技术，因此对它们有需求。 但是，此类面板的效率低于类似面板的效率（14-17％，最高-22％）。 单晶硅面板是一种更昂贵但也更有效的选择。 它们的效率约为22％（最大-27％）。
什么样的太阳能电池板生产技术主导世界。 如您所见，多晶太阳能组件（61％）大部分被生产，单晶（32％）较少，很少有薄膜（非晶）-5％。 资料来源：弗劳恩霍夫太阳能系统研究所； PSE Conferences＆Consulting GmbH尽管太阳能电池板的经济和技术有所进步，但其成本仍然很高。 必须加上创建实际发电厂（控制器，逆变器，电池）的成本，否则将无法使用电池。 在不同的国家，这些价值会有所波动，但实际上，在光伏装置上的费用份额仍然很高。
不同国家的“太阳能千瓦”的成本包括什么？ 如您所见，在太阳能引入的领先国家中，组件成本是三分之一到几乎一半。 资料来源：国际可再生能源机构（IRENA）不是单晶硅
为了开发更高效的面板，创建了薄膜（非晶）模块。 它们的本质很简单：将捕光材料以非常薄的一层涂在薄膜上，从而使面板更容易，更柔韧，并且其生产所需的材料更少。
没错，它们的效率远远低于太阳能商店的效率-硅选项为6-8％。 然而，薄膜太阳能电池以成本取胜，因为它们需要一层宽度仅为2至8微米的光俘获物质，其厚度仅为常规晶体模块中所用物质的约1％。
但是薄膜面板不是理想的：由于效率低，它们需要的地板空间大约是2.5倍。 这促使科学家们继续寻找更有效的材料，一方面，该材料适用于电影技术，另一方面，它将更加有效。 这是基于更奇特的化合物：碲化镉（CdTe）和硒化铟-铜-镓镓（CIGS）形成面板的方式。 这些要素的效率更高-第一种情况下，指标达到22％，第二种情况下达到21％。 这样的系统随着温度升高而损失的效率较低，并且在恶劣的照明条件下效果更好。 但是，由于所用材料的稀有性，其成本高于硅类似物。 一些科学家甚至认为，此类面板将永远不会占领市场，因为它们将没有足够的自然资源。 因此，这种类型的太阳能电池板已成为适合狭窄人群的特定目的的利基产品。 薄膜面板通常由拥有大量空间的消费者使用：制造企业，办公楼，大学和研究中心，大型公寓楼（具有宽敞的屋顶）以及事实上的太阳能农场-大型发电厂。 规模经济和强度更高，重量更轻的薄膜面板的安装相对容易，有助于提高其相对较低的效率（与晶体硅相比）。 同时，寻找理想的光子“捕手”的工作仍在继续。
你好，俄罗斯伯爵
可能的太阳能救星的候选材料可能是钙钛矿。 其中的第一个是钛酸钙，是德国古斯塔夫·罗莎（Gustav Rosa）在1839年在乌拉尔矿石深处发现的，并以俄罗斯岩石收藏家伯爵（Count L. A. Perovsky）的名字命名。这就是为什么他有时被称为“俄罗斯矿物”的原因。
今天，当谈到钙钛矿时，它们通常是指一类具有相同的三部分晶体结构的物质，最早是在钛酸钙中发现的。 尽管这类物质以纯净形式很少在自然界中发现，但很容易从大量其他化合物中获得，钙钛矿晶体可以人工生长。 钙钛矿结构的每个部分都可以由各种元素制成，这给“光子捕集器”提供了非常广泛的可能组成，包括铅，钡，镧和其他元素。 因此，已经确定钙钛矿与某些碱金属的组合可以产生效率高达22％的太阳能电池，并且基于钙钛矿的化合物的理论功率达到31％。
但是，使用钙钛矿并不是那么简单，我们东芝对此深信不疑。 涂在薄膜上后，钙钛矿会很快结晶，这使得很难在大面积上形成均匀的层。 同时，这是制造太阳能电池的主要任务：在保持高能量转换效率的同时实现最大可能的表面积。
2018年6月，东芝生产了一种薄膜钙钛矿型太阳能电池，具有世界上最大的表面积和最高的能量转换效率。 您是如何做到的？
我们划分了钙钛矿形成所需的成分（碘化铅溶液-PbI 2，氢碘化甲基铵-MAI）。 首先，我们先用PbI溶液涂布基材，然后再用MAI溶液涂布。 因此，我们能够调节薄膜上的晶体生长速率，从而可以创建大面积的均匀薄层。
基于钙钛矿的太阳能电池组件制造技术。 实际上，我们从钙钛矿的构成元素中创建了“墨水”，并将其“涂抹”在了基材上。 资料来源：东芝钙钛矿经济学
尽管现在谈论钙钛矿用途的具体经济指标还为时过早，但由于预计该材料在太阳能电池板中的广泛实际应用将在2025年之后，因此“俄罗斯矿物”具有实现巨大成功的先决条件。 据国家可再生能源实验室（NREL）的专家称，钙钛矿板的生产价格将比硅材料便宜10倍。 尤其重要的是，为了制造主流的硅太阳能电池，需要在1400度以上的温度下加工材料，并因此需要复杂的设备。 同时，钙钛矿可以在简单的设备上（如我们的实验中）在100度的液体溶液中控制。
我们创建的基于钙钛矿的模块面积为703平方米。 看到，我们获得的能量转换效率达到了12％。 资料来源：东芝钙钛矿光电管还有另外两个优点-灵活性和透明性。 多亏了他们，钙钛矿太阳能电池板可以安装在各个地方：墙壁上，车辆和建筑物的屋顶上，窗户上甚至衣服上。
通过调整钙钛矿层的厚度，可以基于该材料控制太阳能电池的透明性。 例如，它可以
用于覆盖温室 ：植物将接收适量的光子，其中一部分将由农场的电网提供。 日本已经在进行确定植物和灯板消耗合理比例的实验。
另一个可能的应用领域是
为电动汽车配备基于钙钛矿的太阳能电池板。 虽然我们处于这条道路的最开始，但是已经有了第一个成就。 因此，来自美国俄亥俄州Cayes的Western Reserve University的科学家进行了实验，使用基于钙钛矿的小型太阳能电池板为电动汽车电池充电。 他们将四个基于钙钛矿的太阳能电池连接到锂电池。 当与小型硬币形锂离子电池充电时，科学家团队实现了7.8％的转换效率，是传统薄膜太阳能电池的一半。
钙钛矿太阳能电池板的缎带很快
就会装饰您的衬衫或夹克 。 钙钛矿在聚氨酯基底上的应用是已知的，其在吸收太阳光方面的效率
达到 5.72％。
在俄罗斯，他们在钙钛矿的实验上走得更远。 事实证明，这种材料可以是良好的发射器，并且适合于产生光。 莫斯科钢铁与合金研究所（MISiS）和圣彼得堡信息技术，力学与光学大学的科学家们已经开发出了一种钙钛矿型太阳能电池，该太阳能电池
可以同时
用作电池和LED 。 基础是卤素钙钛矿。 要切换功能，只需改变提供给设备的电压即可：在最高1.0 V的电压下，原型可用作太阳能电池，如果提供的电压超过2.0 V，则LED模式将打开。 将来，科学家可以开发出可以在白天产生能量并在黑暗中发光的玻璃膜。 在这种情况下，最大膜厚不超过3微米，这将保持玻璃的透明性。 也就是说，它不会是黑暗的。
在几乎所有方面，钙钛矿都优于竞争对手，包括在给定材料下太阳能电池整个生命周期中的平均电费（平准化能源成本，LCOE）。 由于钙钛矿化合物的毒性，仅在处理陈旧的板时才可能遇到困难。 资料来源：瑞士功能材料分子工程组（GMF）
规模经济
因此，钙钛矿不仅可以从经济上负担得起，而且由于其应用范围更广，可以帮助促进太阳能：除了工业，城市和农业以外，钙钛矿基板甚至可以用于日常生活中，特别是在小型汽车的制造中电子产品，家用电器，甚至衣服。 而且应用范围越广，市场容量越高，这将吸引新的投资者并降低太阳能发电成本。