太陽能電池板的工作環境很艱苦。在它們長達 30 余年的使用壽命裏，要經常暴露在長日曬、高溫和潮濕的環境中。
（來源：AI 生成，圖文無關）
但是，我們如何判斷新的太陽能技術是否經得起時間的考驗呢？我著迷於預測新材料如何在幾十年的艱苦環境中持續工作。這對於一種新興技術（材料）來說尤其棘手：鈣鈦礦。
由於它們的高效率和低成本，公司對其在太陽能電池板中的套用愈發感興趣。
但問題是，鈣鈦礦會在高溫、高濕度和強光下降解。所有這些條件都是它們在現實世界中需要承受的。
而且，氣候變遷是一個緊迫的問題，我們沒有足夠的時間去測試每一種潛在材料的預期壽命。讓它們在真實世界的不同場景中工作幾十年，再慢慢收集數據，這是不現實的。
好訊息是，研究人員在延長鈣鈦礦材料的壽命和研究如何預測哪些材料將成為長期潛力股方面都取得了進展。
近來，關於鈣鈦礦太陽能材料打破紀錄的訊息層出不窮。最新的破紀錄訊息來自 Oxford PV 公司。
2024 年 1 月，該公司宣布其太陽能電池板的轉換效率達到了 25%，這意味著四分之一的太陽能被轉化為電能。大多數高端商用太陽能板的效率約為 20%，有些型號的效率可達 23%。
這種進步看起來很小，但意義重大，因為它來自公司之間的合作。Oxford PV公司和其他公司正在努力將「鈣鈦礦串聯太陽能技術」推向市場。
這些電池板本質上是由矽（當今太陽能市場的主導材料）和鈣鈦礦層疊組成的「三明治」。由於這兩種材料可以吸收不同波長的光，它們堆疊在一起就能組成更高效的太陽能面板材料。
我們看到了這種串聯技術的進步。這就是為什麽我們將超高效串聯太陽能電池選為 2024 年十大突破性技術之一。但是，鈣鈦礦材料本身的降解性質是一個重大障礙。
早期的鈣鈦礦太陽能電池用不了很久，以至於研究人員不得不在實驗室裏爭分奪秒地測量它們的效率。它們的壽命短到什麽程度呢？這些材料剛被制造出來，就會馬上轉移到同一個房間裏的測試區域，在這麽短的時間裏，它們就基本上失去了吸收陽光的能力。
如今，鈣鈦礦材料的壽命要長的多，但尚不清楚這個問題是否已被完全解決。
Oxford PV 公司在真實環境中對新型鈣鈦礦太陽能材料進行了一些測試，結果喜憂參半。它尚未公布詳細數據。
但該公司的 CTO 克里斯·凱斯（Chris Case）在 2023 年表示，其室外測試結果顯示，最好的電池板在執行的第一年只損失了約 1% 的效率。
在更嚴苛條件下進行的其他測試則發現了不太理想的結果，一項學術研究發現，在沙特阿拉伯濕熱地區執行的鈣鈦礦電池，一年後下降了 20% 的效率。
這些結果都只限於一年期的測試。我們如何判斷 30 年後會發生什麽？
由於我們沒有足夠的時間來測試科學家們設想中的每一種新材料，研究人員經常要在實驗室裏讓它們經歷特別惡劣的條件，包括提高溫度，並在面板上照射明亮的光線，看看它們降解的速度有多快。
這種測試是矽太陽能電池板的標準測試，目前矽太陽能電池板占商業太陽能市場的 90% 以上。但研究人員仍在研究這些測試在多大程度上可以套用在鈣鈦礦等新材料上。
其中一個問題是光、濕度和熱量都會導致鈣鈦礦的快速降解。但目前尚不清楚哪一個因素或哪幾個因素最適合在實驗室中套用，才能更好地測量太陽能電池板在現實世界中的表現。
2023 年發表在 Nature 上的一項研究表明，高溫和光照的結合是一種可靠的模擬真實世界的方法，可以加速效能測試。研究人員發現，僅需幾百小時（幾周）的高溫測試，就相當於在戶外進行了近六個月的測試。
一些相關公司表示，他們最快將於 2024 年將新型太陽能材料推向市場。很快，我們將開始真正了解這些測試對新技術的預測是否準確，以及它們是否能在商業太陽能電池板所面對的艱苦工作環境中完成任務。
作者簡介：凱茜·克龍哈特（Casey Crownhart），是【麻省理工科技評論】的氣候記者，專註於可再生能源、交通以及技術如何應對氣候變遷。她還曾是一名自由科學和環境記者，為 Popular Science 和 Atlas Obscura 等媒體撰稿。在從事新聞工作之前，她是一名材料科學的研究員。
支持：Ren
排版：劉雅坤
