太阳能电池板的工作环境很艰苦。在它们长达 30 余年的使用寿命里，要经常暴露在长日晒、高温和潮湿的环境中。
（来源：AI 生成，图文无关）
但是，我们如何判断新的太阳能技术是否经得起时间的考验呢？我着迷于预测新材料如何在几十年的艰苦环境中持续工作。这对于一种新兴技术（材料）来说尤其棘手：钙钛矿。
由于它们的高效率和低成本，公司对其在太阳能电池板中的应用愈发感兴趣。
但问题是，钙钛矿会在高温、高湿度和强光下降解。所有这些条件都是它们在现实世界中需要承受的。
而且，气候变化是一个紧迫的问题，我们没有足够的时间去测试每一种潜在材料的预期寿命。让它们在真实世界的不同场景中工作几十年，再慢慢收集数据，这是不现实的。
好消息是，研究人员在延长钙钛矿材料的寿命和研究如何预测哪些材料将成为长期潜力股方面都取得了进展。
近来，关于钙钛矿太阳能材料打破纪录的消息层出不穷。最新的破纪录消息来自 Oxford PV 公司。
2024 年 1 月，该公司宣布其太阳能电池板的转换效率达到了 25%，这意味着四分之一的太阳能被转化为电能。大多数高端商用太阳能板的效率约为 20%，有些型号的效率可达 23%。
这种进步看起来很小，但意义重大，因为它来自公司之间的合作。Oxford PV公司和其他公司正在努力将「钙钛矿串联太阳能技术」推向市场。
这些电池板本质上是由硅（当今太阳能市场的主导材料）和钙钛矿层叠组成的「三明治」。由于这两种材料可以吸收不同波长的光，它们堆叠在一起就能组成更高效的太阳能面板材料。
我们看到了这种串联技术的进步。这就是为什么我们将超高效串联太阳能电池选为 2024 年十大突破性技术之一。但是，钙钛矿材料本身的降解性质是一个重大障碍。
早期的钙钛矿太阳能电池用不了很久，以至于研究人员不得不在实验室里争分夺秒地测量它们的效率。它们的寿命短到什么程度呢？这些材料刚被制造出来，就会马上转移到同一个房间里的测试区域，在这么短的时间里，它们就基本上失去了吸收阳光的能力。
如今，钙钛矿材料的寿命要长的多，但尚不清楚这个问题是否已被完全解决。
Oxford PV 公司在真实环境中对新型钙钛矿太阳能材料进行了一些测试，结果喜忧参半。它尚未公布详细数据。
但该公司的 CTO 克里斯·凯斯（Chris Case）在 2023 年表示，其室外测试结果显示，最好的电池板在运行的第一年只损失了约 1% 的效率。
在更严苛条件下进行的其他测试则发现了不太理想的结果，一项学术研究发现，在沙特阿拉伯湿热地区运行的钙钛矿电池，一年后下降了 20% 的效率。
这些结果都只限于一年期的测试。我们如何判断 30 年后会发生什么？
由于我们没有足够的时间来测试科学家们设想中的每一种新材料，研究人员经常要在实验室里让它们经历特别恶劣的条件，包括提高温度，并在面板上照射明亮的光线，看看它们降解的速度有多快。
这种测试是硅太阳能电池板的标准测试，目前硅太阳能电池板占商业太阳能市场的 90% 以上。但研究人员仍在研究这些测试在多大程度上可以应用在钙钛矿等新材料上。
其中一个问题是光、湿度和热量都会导致钙钛矿的快速降解。但目前尚不清楚哪一个因素或哪几个因素最适合在实验室中应用，才能更好地测量太阳能电池板在现实世界中的表现。
2023 年发表在 Nature 上的一项研究表明，高温和光照的结合是一种可靠的模拟真实世界的方法，可以加速性能测试。研究人员发现，仅需几百小时（几周）的高温测试，就相当于在户外进行了近六个月的测试。
一些相关公司表示，他们最快将于 2024 年将新型太阳能材料推向市场。很快，我们将开始真正了解这些测试对新技术的预测是否准确，以及它们是否能在商业太阳能电池板所面对的艰苦工作环境中完成任务。
作者简介：凯茜·克龙哈特（Casey Crownhart），是【麻省理工科技评论】的气候记者，专注于可再生能源、交通以及技术如何应对气候变化。她还曾是一名自由科学和环境记者，为 Popular Science 和 Atlas Obscura 等媒体撰稿。在从事新闻工作之前，她是一名材料科学的研究员。
支持：Ren
排版：刘雅坤
