太阳能研究领域内，一类称为钙钛矿的新材料引起了极大的反响，因为其正是科学家们追求的，比目前市场上占主导地位的硅太阳能板具有更好“能量回收时间”的技术。现在，一项新的研究指出，相比于任何商业可用的太阳能技术，钙钛矿模块具有更好的能源回收时间。

太阳能板的投资不仅仅在经济方面，还在于能源方面。开采、加工、提纯原材料，再进行制造和安装最后产品，才能获得能源。

占据太阳能发电市场主导地位的硅基太阳能板通常需要大约两年时间才能收回这种能源投资。但对于钙钛矿（在太阳能研究领域引起轰动的一类材料）技术而言，能源回收时间可能只需要两到三个月。

从这点上来说，钙钛矿模块比当前商用的任何太阳能技术都要更好。

该结果是由西北大学（Northwestern University）以及美国能源部（U.S. Department of Energy）阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的科学家研究发现的。该研究在评估太阳能技术方面采用了十分广阔的角度：在所谓的整个生命周期（cradle-to-gravelife cycle）评估中，科学家从原材料的开采直至最后成为垃圾都进行了产品跟踪。他们决定评价太阳能板的经济效益，并计算需要多长时间能够回收能源投资。

钙钛矿技术还未实现商业化，但各地的研究人员都对这种材料感到兴奋。然而，大多数的项目都局限在转换效率上——即该技术将太阳光转换成可用能源的效率。

该论文通讯作者、西北大学化学和生物工程助理教授Fengqi You说，“人们看到11%的效率，认为这就比9%的效率要好。事实上不一定就是如此。”

比较太阳能技术更全面的方法是能源回收时间，即同时考虑生产产品时的能源投入。

该研究着眼于两个钙钛矿模块的能量输入和输出。太阳能板由多个部分组成，模块是直接与将能量从一种形式转换成另一种形式（即太阳能转换成电能）相关的部分。

在转换效率上，钙钛矿落后于硅，但其在生产太阳能模块时所需要的能源更少。因此，钙钛矿模块具有更短的能源回收时间——实际上是现有的太阳能发电当中最短的。

“如果我们想要实现钙钛矿的商业化应用，能源回收时间将是重要的。”该论文合作者、就职于阿贡国家实验室的Seth Darling如是说。

为了获得钙钛矿太阳能板完整的环境影响图像，研究人员还分析了器件中电极及其他部分所用的金属。

其中一个测试模块包括了铅、金以及其他金属。很多钙钛矿模块中的活性层含有铅——吸收太阳光并在转换效率方面占主要作用。研究界人士都表示关注，因为大家都知道铅有毒。Darling说。

令人惊讶的是，该小组的评估结果表明金的问题更加严重。

通常认为金并不危险，但贵金属的开采对环境的危害很大。该研究中模块采用金作为正电极——发电过程中收集电荷。

这种特殊钙钛矿技术的一个间接影响——金开采过程中的危害只能在完整生命周期调查中才能被发现，该研究论文第一作者、西北大学You课题组的博士生Jian Gong如是说。

该团队希望今后的项目采用相同的放大的方法来确定下一代太阳能技术中最佳的材料和制造工艺——产品需要将环境可持续和商业可行性都考虑在内。

“很快，我们需要制备数量庞大的太阳能板。”You说，“在寻找理想设计方面，我们没有时间试错。我们需要更加严格的方法，系统考虑所有参数的方法。”

虽然该论文对不同太阳能发电进行了彻底的环境评估，但仍需要进一步研究经济成本因素。从环境和经济两方面考虑，在将钙钛矿板投入市场之前，科学家们很可能会将金及其他不可持续材料更换掉。Darling这样说到。

另外，延长钙钛矿模块的寿命也是非常重要的，确保其在长期商业应用中保持稳定，You说。同时他还表示，尽管存在一些必要的改进，一旦研究人员采用综合分析对原料的选择和生产工艺进行优化，钙钛矿技术还是有望在两年内实现商业化的。

据作者所说，该研究的动机之一是想要改进技术，以使太阳能能够大规模的扩大。

至2050年，全球能源需求预计将翻倍，Darling认为毫无疑问，太阳能发电必须成为重要的组成部分。

Darling说，真正的问题是“如何快速的将技术投入到市场？又如何能够使其发生？”

该研究在美国能源部基础能源科学办公室（DOE's Office of Basic Energy Sciences）资助的纳米材料中心（the Center for Nanoscale Materials）进行。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮