效率突破25.2% 瑞士開發(fā)出新的硅-鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組合技術(shù)

硅一直是太陽(yáng)能電池技術(shù)的首選材料，因?yàn)槠渚哂袃r(jià)格低廉、穩(wěn)定且高效等特點(diǎn)。一個(gè)不幸的消息是，硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率正快速接近其理論極限。不過，將其與其他材料配對(duì)可能有助于突破該上限。

現(xiàn)在，瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)(EPFL)和瑞士電子與微技術(shù)中心(CSEM)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的硅和鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組合的技術(shù)，在他們的研究報(bào)告中提到，該種電池的研究室效率已經(jīng)突破了25.2%的效率紀(jì)錄——這是這種太陽(yáng)能電池組合技術(shù)的全新記錄。

目前市場(chǎng)上的硅太陽(yáng)能電池效率最高可達(dá)20%到22%，這并不差，但并不能使該技術(shù)有更大的發(fā)展空間。近年來，鈣鈦礦作為一種理想的替代品，其效率從2009年的3.8%提高到2016年的 20%以上。盡管如此，因?yàn)樗膬r(jià)格比普通硅太陽(yáng)能電池貴，并且具有其自身的效率上限，商業(yè)化程度并不算高。

在一個(gè)太陽(yáng)能電池中使用鈣鈦礦和硅可能有助于發(fā)揮這兩種材料的優(yōu)勢(shì)。鈣鈦礦在將綠光和藍(lán)光轉(zhuǎn)換為電能方面效果更好，而硅專用于紅光和紅外光，因此它們可以捕獲更寬的光譜范圍。

研究的作者Florent Sahli和Jérémie Werner表示，通過結(jié)合這兩種材料，就可以最大限度地利用太陽(yáng)光譜并增加發(fā)電量，目前研究中所做的計(jì)算和工作表明，應(yīng)該很快就能實(shí)現(xiàn)30%的效率。

該團(tuán)隊(duì)的新型硅-鈣鈦礦太陽(yáng)能電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了25.2%的效率。這超過了2015年研發(fā)的由單晶硅太陽(yáng)能電池和鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池層疊而成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池，那時(shí)其效率僅為13.7%。

這些串聯(lián)電池的主要障礙在制造過程中。通常，鈣鈦礦將作為液體沉積在表面上，但硅的質(zhì)地使其變得困難。硅電池的表面由大約五微米高的大量“金字塔”結(jié)構(gòu)組成，這種結(jié)構(gòu)可以更好地捕捉和吸收光線。

Sahli表示，到目前為止，制造鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的標(biāo)準(zhǔn)方法是弄平硅電池的“金字塔”，但這會(huì)降低其光學(xué)性能，并因此降低其性能。而之后將鈣鈦礦電池沉積在其頂部這一步，還增加了制造過程的步驟。

在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家首先使用蒸發(fā)來創(chuàng)建覆蓋“金字塔”的無(wú)機(jī)基層。然后，通過旋涂將液體有機(jī)溶液加入，其滲入基層的孔隙中。最后，團(tuán)隊(duì)將襯底加熱到150°C(302°F)，這樣鈣鈦礦就會(huì)在頂部結(jié)晶，形成覆蓋整個(gè)硅表面的薄膜。

研究人員表示，這個(gè)過程相對(duì)簡(jiǎn)單，只需幾個(gè)額外的步驟就可以結(jié)合到現(xiàn)有的生產(chǎn)線中。這將有助于新的串聯(lián)電池生產(chǎn)，而不會(huì)使成本過高。

該研究發(fā)表在《自然-材料》雜志上。

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