探索钙钛矿太阳能电池在室内能量收集和物联网应用中的潜力
前言：钙钛矿太阳能电池（PSCs）与硅和其他薄膜光伏技术具有可比较的性能，这些技术已接近商业化。PSCs相比其他成熟的光伏技术具有几个优势，如更高的功率输出、在低光强下的增强性能和机械柔性，使其能够集成到多种应用中。
针对PSCs和钙钛矿太阳能模块的可扩展制造和运行稳定性的先进技术。本文讨论了进入光伏市场前需要解决的运行稳定性和制造成本等关键特性。提出了一个基于材料演化的PSC技术框架，以实现大规模部署和市场价值。
在过去几年中，有机金属卤化物钙钛矿作为有望转换太阳能为电能的光电材料崭露头角，太阳能电池器件的功率转换效率（PCE）已从2009年的3.8%提高到2021年的25.5%。
钙钛矿作为具有潜力的光吸收材料，已经超越了第一代c-Si和其他薄膜光伏技术（CdTe、CIGS等），在效率方面取得了显著的突破。
钙钛矿材料具有独特的性质，如超长的载流子扩散长度、载流子倍增和光子循环利用、通过掺杂调节能带间隙的便利性、廉价的材料加工和沉积、对缺陷的容忍度和优异的载流子传输能力，使得这些材料具有在PCE方面保持与第一代和第二代光伏技术相媲美的惊人速度的潜力。
在第一次报道具有9.7%效率和约500小时稳定性的固态PSC后，钙钛矿太阳能电池（PSCs）引起了广泛关注。通过溶涂法制备的PSCs在2019年进一步引起了关注，并实现了高达25.5%的效率。
与其他薄膜光伏技术相比，钙钛矿太阳能电池在实验室和模块尺度上取得了异常和优异的进展，仅仅在短短的十年时间内，这使得这项技术成为过去11年来一个密集的研究领域。附图展示了钙钛矿太阳能电池与其他光伏技术之间的PCE随时间和面积的演变。
为了在大规模上实现钙钛矿太阳能电池的生产标准化，仍然存在一些挑战，包括与光伏市场需求不同的可比运行稳定性和可扩展制造。
无溶剂或物理沉积技术对于获得具有良好形貌和增强结晶性的前驱体助剂层（PAL）非常有前景。有机-无机混合物和全无机型钙钛矿太阳能电池通过高真空下的物理沉积路线制备。
使用自旋辅助的双面压印方法可以制备δ-FAPbI3和MAPbI3钙钛矿薄膜，这是一种简便的沉积方法，用于制备大面积的钙钛矿太阳能电池。
使用单晶MAPbI3进行单源真空沉积，制备了面积为100 cm2的PSM，但PCE仅为约10%。44,45沉积速率设置为约8.5 Å/s，采用热蒸发技术，可以在3分钟内沉积400纳米厚度的MAPbI3钙钛矿阻障层（PAL）。
由于在沉积速率和长波长外部量子效率受限的情况下，PAL的形貌不佳，导致了较低的PCE。因此，通过对热蒸发技术下PAL的表面形貌和厚度控制进行仔细研究，仍然有很大的改进空间，以提高PSM的特性。
除了前面提到的方法，还有一种无溶剂沉积技术可用于可扩展的PSCs，该技术基于金属铅与液体多碘化物（MAI3或MA（Cs，FA）I3）之间的直接氧化还原反应：Pb0 → Pb2+ + 2e-，以及I3- + 2e → 3I-。
PSC的第一个发展阶段侧重于提高效率，使其能够与c-Si相媲美，并已经取得了成功。然而，要将PSC商业化，需要提高PSC的整体稳定性，符合定义的稳定性协议（IEC）并使其在大面积模块上具备足够的效率，这是两个主要的障碍。
PSC对湿气、氧气、光和温度的不稳定性限制了其使用寿命，通常只能达到保修寿命的一小部分（通常大于25年）。通过定制界面和精确控制Pb泄漏，PSC的稳定性已经在1000小时以上得到了提高，以及通过界面稳定化75，在22.4 cm2模块上超过了2000小时。
基于FACs的PSM设备是高效和具有操作稳定性的，但需要更多的研究工作和深入调查以满足商业化和工业标准。
PSMs可以与太阳能玻璃窗相结合，提供半透明性和灵活性。通过轻质的PSMs可以替代陶瓷瓦和砂砾，为BIPV提供可行且美观的屋顶解决方案。
虽然目前市场上有基于c-Si的模块，但它们在经济性能比方面并不具备经济性。已经报道了将PSCs集成到智能外墙窗户进行光管理和太阳能发电。
结论：PSCs显示出有效管理建筑物内部的太阳光的潜力。通过对PSCs的研究，探索其在光管理方面的潜力。室内光（环境光）的功率密度比1太阳（1.5 AM）光照辐射低一千倍，通常称为1000勒克斯（荧光灯或LED灯），作为室内光伏设备的标准测试。
光也可以被管理和转换为其他适用的能量利用方案，如门铃、办公计算器、智能开关设备、光电探测器等，这些统称为物联网（IoT）。这些设备在室内运行时所需的光子能量非常小，宽带隙组成（单个阳离子和过量的溴）的PSCs是室内操作下的新兴候选方案。
