研究人员为新太阳能电池的发展制定了路线图

钙钛矿材料显示出新一代太阳能电池的强大潜力，但在以硅为基础的太阳能电池主导的市场中，很难获得吸引力。现在，麻省理工学院和其他地方的研究人员进行了一项研究，概述了这项有前途的技术如何从实验室转移到全球太阳能市场的重要位置的路线图。

“技术经济”分析表明，通过从更高价值的利基市场入手并逐步扩大规模，太阳能电池板制造商可以避免非常陡峭的初始资本成本，而这将使钙钛矿基面板直接与硅竞争大型公用事业规模安装所需的成本。一开始。该团队发现，为了进行更实际的初始资本投资，与其花费数亿甚至数十亿美元来建造公用事业规模的工厂，而没有进行过高得惊人的初始投资，反而发现4000万美元。

麻省理工学院博士后伊恩·马修斯（Ian Mathews），研究科学家马里乌斯·彼得斯（Marius Peters），机械工程教授Tonio Buonassisi以及麻省理工学院，韦尔斯利学院和Swift Solar Inc.的其他五位学者在《焦耳》杂志的一篇论文中对结果进行了描述。

基于钙钛矿的太阳能电池是一种具有广泛结构的化合物，其分子结构具有一定的排列特征，可以极大地改善太阳能装置。它们的构成材料价格便宜，并且可以以卷对卷的方式制造，例如印刷报纸，然后印刷到轻巧而柔软的底材上。尽管它们仍需要进一步的工作来提高其耐用性，但这可以大大降低与运输和安装相关的成本。其他有前途的新型太阳能电池材料也在世界各地的实验室中进行开发，但尚未进入市场。

马修斯说：“多年来，已经出现了许多新的太阳能电池材料和公司，尽管如此，硅仍然是该行业的主要材料，并且已经使用了数十年。”

为什么会这样？他说：“人们一直说，阻碍新技术发展的因素之一是，建造大型工厂来实际大规模生产这些系统的成本实在太大了。” “对于一家初创公司来说，要跨越这个所谓的“死亡之谷”很难筹集数千万美元，以达到该技术可能在更广泛的太阳能行业中获利的规模。”

Mathews说，但是在许多更专门的太阳能电池应用中，钙钛矿基太阳能电池的特殊质量（例如重量轻，柔韧性和透明性潜力）将提供显着的优势。通过最初专注于这些市场，一家太阳能初创公司可以逐步建立规模，利用优质产品的利润来逐步扩大其生产能力。

他描述了各种实验室正在开发的有关钙钛矿型太阳能电池的文献，他说：“他们声称成本非常低。但是一旦您的工厂达到一定规模，他们就会提出要求。而且我想，我们以前已经看到过这种情况-人们声称一种新的光伏材料将比所有其他材料便宜，而且比其他所有材料好。太好了，除了我们需要制定计划以实际获取材料和技术的规模。”

他说，作为起点，“我们采用了我从未真正见过的方法：让我们实际模拟制造这些模块的成本与规模的关系。因此，如果您在一个小工厂里只有10个人，那么要想获利，您需要多少钱出售太阳能电池板？一旦达到规模，您的产品将变得有多便宜？”

他说，分析证实，试图直接进入屋顶太阳能或公用事业规模的太阳能装置市场将需要非常大的前期资本投资。但是，“我们着眼于人们在物联网或建筑集成光伏市场中可能获得的价格。人们通常在这些市场中支付更高的价格，因为它们更多是一种专门的产品。如果您的产品灵活，或者模块适合建筑围墙，他们将支付更多。” 其他潜在的利基市场包括自供电微电子设备。

这样的应用将使进入市场变得可行，而不需要大量的资本投资。“如果这样做的话，您需要向公司投资的金额要少得多，只需几百万美元，而不是几千万美元，这可以让您更快地发展一家盈利的公司。 ，“ 他说。

马修斯说：“这是他们在技术上以及通过实际制造和销售产品并确保其能够在现场生存的方式来证明自己的技术的一种方式，”而且，还只是为了证明您可以以一定的价格制造。”

他指出，已经有一些新兴公司正在努力将钙钛矿型太阳能电池推向市场，尽管它们中尚没有一个可以出售的实际产品。他说，这些公司采取了不同的方法，有些似乎正在着手进行这项研究概述的逐步增长方法。“筹集最多资金的公司可能是一家名为牛津PV的公司，他们正在研究串联电池，”该公司将硅电池和钙钛矿电池结合在一起以提高整体效率。另一家公司是由Joel Jean PhD ’17（也是该论文的合著者）和其他公司（称为Swift Solar）创办的，该公司正在研究柔性钙钛矿。还有一家名为Saule Technologies的公司，致力于生产可印刷钙钛矿。

马修斯说，该团队在研究中使用的那种技术经济分析可以应用于多种其他与新能源相关的技术，包括可充电电池和其他存储系统，或其他类型的新型太阳能电池材料。

他说：“有许多科学论文和学术研究都探讨了一旦大规模生产一项技术将花费多少钱。” “但是很少有人真正看到小规模生产需要花费多少，哪些因素会影响规模经济？我认为许多技术都可以做到，这将帮助我们加快从实验室到市场的创新。”

该研究团队还包括麻省理工学院的毕业生莎拉·索菲亚’19博士和辛成西博士’15，韦尔斯利学院的学生埃里卡·马，以及前麻省理工学院博士后汉努·莱恩。这项工作得到了欧盟Horizo​​n 2020研究与创新计划，马丁家庭可持续性研究员协会，美国能源部，壳牌公司，麻省理工学院能源倡议以及新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟的支持。