近年来，太阳能电池技术持续进步。其中，钙钛矿太阳能电池作为第三代光伏技术的佼佼者，展现出诱人的应用潜力，认证效率颇高。但与此同时，它也面临成本难以降低的难题。这是为何？这一矛盾现象值得我们深入探讨。
当前钙钛矿太阳能电池的状况
钙钛矿太阳能电池发展势头迅猛，其中有机/无机杂化型电池认证效率较高。然而，大多数电池采用蒸镀贵金属制备电极，这导致真空设备和贵金属的使用，使得成本难以降低。与之相对，新型电池采用廉价碳材料作为电极，虽然解决了成本问题，但光电转化效率却较低。这对太阳能电池在市场上大规模应用构成了一定的阻碍。在实际情况中，成本往往是众多用户关注的重点之一。
在研究生产环节，科学家们始终致力于提高生产效率、减少成本。企业同样迫切希望尽快解决这些问题，以便能够大量生产并从中获利。
光电转换效率低的根源
为何碳电极钙钛矿太阳能电池的效率不高？原因之一在于它所采用的多孔膜结构不够理想。在膜内，钙钛矿吸光材料的填充并不紧密，这影响了电子的传输和交换。举个例子，在测试过程中，我们发现有些电子在传输过程中神秘地消失了，这正是这种结构问题造成的。
输出电流稳定强劲，金属电极电池胜过碳电极电池。实验证明，在相同条件下，金属电极电池的电流输出比碳电极电池更稳定、更强劲。科学家通过反复实验，对比了两种电极的导电性能，最终得出结论：碳电极导电性能不及金属电极，导致电池内阻增大。
二步法填充的探索
针对这些问题，科学家们开始探索新的解决方案。“二步法”的填充技术应运而生。与传统的“一步法”相比，它存在不足之处。在钙钛矿材料借助溶剂挥发结晶生长的过程中，溶质会扩散并迁移，导致内部的填充不均匀，形成了孔隙。
“二步法”首先填充碘化铅，接着将其浸泡在溶液中生成钙钛矿。虽然碘化铅的填充并不均匀，但后续的溶液生长过程能够有效填充孔隙。根据实验数据，这种方法可以在一定程度上提升填充的密实度，对增强光电转换效率具有积极作用。
冷等静压方法的应用
由于电池结构的紧密性要求，冷等静压技术应运而生。对于碳基钙钛矿电池那种松散多孔的结构，该技术采用225MPa的压力进行加工。处理后，原本松散多孔的碳电极表面水接触角从60度增至105度，这显示出结构变得更加紧密。
在室温条件下，相对湿度为50%时，未封装电池存储1500小时后，其光电转换效率仍能维持在90%以上。这表明，该技术对于增强电池的稳定性效果显著，且有利于其在各种实际环境中的长期使用。
大面积电池模组的制备
在前人研究的基础上，成功制备出了大面积钙钛矿太阳能电池模组。这些模组尺寸达到7cm×16cm，器件效率达到了4.46%。这一成果对于未来大规模的商业应用具有极大的鼓舞作用。这是因为，在实际应用场景中，大面积的电池模组更能满足产业需求。
尽管当前效率仍有提升空间，然而这已是一大进步，为后续的研发工作积累了宝贵的经验和数据支撑。
镍电极替代的可行性研究
碳电极的导电性不佳，那么镍电极是否可行？科学家们通过氢气还原氧化镍的方式制得介孔镍电极。这种基于镍电极的电池在填充因子方面有显著提升，内阻也有所下降，但目前的效率还相对较低。
尽管存在一些问题，镍电极在大型钙钛矿电池模组中展现出巨大的潜力。科学家们将持续研究，以提升其效率，并加快其向实用化方向发展的步伐。
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