光能变成电。这个现象很多人知道。太阳能电池就是这样。我们做实验研究一种新材料。这种材料可以让光变成电的效率更高。材料的名字叫钙钛矿。钙钛矿是一种晶体。它的结构很特别。这种结构对光很敏感。光一照上去就能产生很多电子。电子流动就形成了电。

钙钛矿太阳能电池有很多优点。它制作成本低。制作方法简单。不需要很高的温度。传统太阳能电池需要硅。硅的提纯很麻烦。要很多能源。要很贵的设备。钙钛矿不一样。它在实验室里就能做。用一些简单的化学材料。用一些普通的玻璃。涂上一层薄薄的钙钛矿。再接上电极就行了。

我们想提高这种电池的效率。效率就是光能变成电能的多少。一百份光能进来。能变成二十份电能。效率就是百分之二十。现在钙钛矿电池的效率已经不错了。可以到百分之二十五左右。但是还不够好。我们希望它更高。效率高了。同样大的电池能发更多电。这样就更实用。

我们实验的方法是这样。先准备很多小玻璃片。玻璃片洗干净。在上面涂一层透明的导电材料。这层材料让电可以流出去。然后用机器涂钙钛矿溶液。溶液是自己配的。有铅的化合物。有碘的化合物。还有别的材料。把它们按比例混合。搅拌。加热。变成透明的液体。

用机器把液体滴在玻璃片上。机器快速旋转玻璃片。液体就均匀铺开了。变成很薄很薄的一层。然后把玻璃片加热。一百度左右。加热十分钟。液体干了。变成一层深色的薄膜。这层薄膜就是钙钛矿。它在显微镜下看有很多小晶体。排列得很整齐。

我们在钙钛矿上面再涂一层材料。这层材料负责把电子送走。电子就是电流的来源。光照射钙钛矿。钙钛矿里的电子被激发出来。这些电子要尽快收集起来。不然他们会跑回去。电子跑回去就叫复合。复合多了效率就低了。

我们试了不同的材料做这层电子传输层。有的材料很常见。像二氧化钛。有的材料比较新。像富勒烯衍生物。我们把不同材料涂在钙钛矿上。做成很多小电池。每个电池只有指甲盖那么大。

然后测试这些电池。测试在太阳光模拟器下进行。这个机器发出像太阳一样的光。光照在电池上。我们用仪器测量电流和电压。电流就是电子流动的多少。电压是电子流动的力气大小。电流乘电压就是功率。功率除以光的输入功率就是效率。

我们记录每个电池的数据。发现用富勒烯衍生物的电池效率更高。比用二氧化钛的高百分之二。别看百分之二很小。在太阳能电池里很重要。我们还发现这种电池更稳定。放在空气中不容易坏。钙钛矿电池怕水。怕氧气。水汽进去了效率就下降。富勒烯衍生物能保护钙钛矿。让它寿命更长。

我们还做了长时间光照测试。把电池放在灯下照一千个小时。每隔一段时间测一次效率。普通钙钛矿电池照五百小时效率就掉很多。我们的电池照一千小时效率只掉一点点。这说明改进有效果。

我们又把电池放在高温环境里。八十度的温度放一百个小时。高温会让材料老化。普通电池老化得快。我们的电池老化得慢。效率保持得更好。

实验中也遇到问题。有时候涂的钙钛矿不均匀。有的地方厚有的地方薄。这样效率就不稳定。我们调整了溶液的浓度。调整了旋转的速度。最后找到了合适的条件。涂出来的薄膜又平又滑。

还有一次钙钛矿薄膜出现很多孔。像小针眼一样。这些孔会漏电。电流会从这里跑掉。我们检查发现是溶液里有气泡。我们在涂溶液前先过滤。把气泡和杂质去掉。问题就解决了。

实验做了三个月。做了两百多个小电池。最好的电池效率达到了百分之二十六点五。这个结果很令人高兴。我们知道还有很多工作要做。电池的面积还很小。要把它做大。大面积的电池更难做均匀。效率会低一些。

我们准备下一步做更大面积的电池。手掌那么大的。还要把多个电池连起来。做成一个小组件。这样发的电就更多了。可以点亮小灯泡。可以给手机充电。

钙钛矿电池很有前途。它便宜。高效。容易生产。将来可能贴在窗户上。贴在墙上。到处都可以发电。这样就用更少的煤。更少的石油。空气会更干净。环境会更好。

我们的实验只是很小的一步。还有很多科学家在做类似的研究。大家都在努力。希望这种新技术早点用起来。让每个人都能用到便宜干净的太阳能。