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无空穴传输层平面-介观钙钛矿太阳能电池的生命周期评估

DOI：10.1063/1.5129784 期刊：Journal of Renewable and Sustainable Energy 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 有机金属铅卤钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其低成本和高光电转换效率而备受关注。该技术存在寿命短、稳定性差及贵金属电极沉积成本高等缺陷。消除不稳定的空穴传输层（HTL）并采用碳基材料作为对电极可同时解决这两个问题。本研究对两种无HTL的PSC设计方案进行了从摇篮到大门的生命周期评估，这两种方案通过溶液相沉积实现介观和平面结构。假设5年使用寿命，将生产1平方米PSC的环境影响换算为每千瓦时发电量的环境影响。研究发现主要影响来自氟掺杂氧化锡（FTO）玻璃图案化工艺，这是由FTO图案化和玻璃清洗过程的电力消耗所致。尽管两种PSC的制造耗电量相近，但效率差异导致介观PSC的每千瓦时发电量环境影响高于平面PSC。平面PSC与介观PSC的能量回收期分别为0.58年和0.74年，均短于商业化第一代和第二代太阳能电池。然而其全球增温潜势（GWP）值分别为75和94克CO2当量/千瓦时，仍高于商业化太阳能电池。要达到商业化电池的GWP水平，平面PSC和介观PSC分别需要8年和10年的使用寿命。
作者： Huseyin Sarialtin，Roland Geyer，Ceylan Zafer
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了量化两种无高温液相处理（HTL-free）钙钛矿太阳能电池（PSCs）设计对环境的潜在影响，并将其环境性能与商业光伏技术进行比较。

研究成果

环境评估显示，大部分影响源自电力消耗，特别是在FTO玻璃图案化和退火工艺环节。由于转换效率更高，平面钙钛矿太阳能电池（PSCs）的单位千瓦时环境影响低于介观结构钙钛矿太阳能电池。但两种设计的全生命周期温室气体排放潜力（GWP）均高于商用光伏产品。延长钙钛矿太阳能电池的使用寿命对降低其GWP至具有竞争力的水平至关重要。研究表明，平面PSCs需至少运行8年、介观PSCs需至少运行10年，才能达到商用光伏产品的GWP水平。

研究不足

该研究仅限于从摇篮到大门的评估，不包括下游流程（如系统平衡部件生产、光伏系统组装、运行及维护）。假设钙钛矿太阳能电池的运行寿命为5年，这可能无法反映实际现场表现。研究还指出需要进一步探索适用于批量生产的方法（如狭缝涂布法）。

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