鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的最新進(jìn)展

:美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的研究人員與韓國(guó)的研究人員合作，已經(jīng)驗(yàn)證了將鈣鈦礦和硅結(jié)合以生產(chǎn)效率超過(guò)30％的太陽(yáng)能電池的潛力。

他們最初的太陽(yáng)能電池的認(rèn)證效率為26.2％。

“這項(xiàng)研究為鈣鈦礦技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了具有明顯技術(shù)突破和科學(xué)見(jiàn)解的新通用方法?！薄犊茖W(xué)》雜志一篇新發(fā)表的論文的通訊作者朱凱說(shuō)。朱凱是NREL化學(xué)與納米科學(xué)中心的資深科學(xué)家。

鈣鈦礦成分本身的效率為20.7％，這是寬帶隙鈣鈦礦文獻(xiàn)中報(bào)道的最高效率。

科學(xué)家還指出，加速測(cè)試表明，鈣鈦礦電池在連續(xù)照明1000小時(shí)后仍能保持其初始效率的80％以上，從而表現(xiàn)出“出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性”。

鈣鈦礦是具有通式ABX結(jié)構(gòu)的一類(lèi)化合物，其名稱(chēng)源自于同名礦物鈣鈦礦。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是由多種元素組合而成的，并已成為發(fā)展最快的太陽(yáng)能技術(shù)。

朱凱，世宗大學(xué)的Dong Hoe Kim和韓國(guó)科學(xué)技術(shù)高等研究院的Byungha Shin構(gòu)思了該研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目部分由能源部太陽(yáng)能技術(shù)辦公室資助。研究人員說(shuō)，一旦完成其他工作以完善硅層，串聯(lián)太陽(yáng)能電池的效率可能會(huì)超過(guò)30％。

串聯(lián)太陽(yáng)能裝置由頂部鈣鈦礦電池和底部硅電池組成。頂部和底部都通過(guò)帶隙吸收了太陽(yáng)光譜的不同部分。頂部鈣鈦礦電池的帶隙越寬，底部硅器件可以吸收的陽(yáng)光越多。硅的帶隙固定為1.1電子伏特（eV），但鈣鈦礦的帶隙可以進(jìn)行化學(xué)調(diào)節(jié)或“調(diào)諧”。理想帶隙約為1.7eV，但要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要用溴代替碘。但是，過(guò)多的溴會(huì)使鈣鈦礦不穩(wěn)定。

該領(lǐng)域的研究人員一直在探索所謂的二維（2-D）相的用途，其中將長(zhǎng)鏈分子分隔的片狀鹵化鉛八面體添加到鈣鈦礦中，用作鈍化劑以減少化學(xué)反應(yīng)性。鈍化層的使用在改善鈣鈦礦的穩(wěn)定性和性能方面是有效的。

在對(duì)鈍化層進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)，NREL的科學(xué)家及在韓國(guó)的同事專(zhuān)注于對(duì)二維添加劑的帶負(fù)電離子（稱(chēng)為陰離子）進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，而不是其他人關(guān)注的帶正電離子（陽(yáng)離子）。通過(guò)引入硫氰酸鹽并將其與碘混合，研究人員能夠改善寬帶隙（1.68eV）鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)和光電性能以及器件性能。硫氰酸鹽的使用使研究人員能夠提高設(shè)備的電流密度，而碘能夠提高電壓。

早些時(shí)候Xiao、朱凱以及多倫多大學(xué)的同事開(kāi)發(fā)出的鈣鈦礦-硅串聯(lián)結(jié)構(gòu)，經(jīng)認(rèn)證的效率為25.7％，400小時(shí)后性能下降可忽略不計(jì)。該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在本月初的《科學(xué)》雜志上。

NREL的并行研究集中于高度穩(wěn)定的鈣鈦礦-硅串聯(lián)。本月早些時(shí)候在《科學(xué)》雜志上也報(bào)道過(guò)其他進(jìn)展，該設(shè)備是通過(guò)使用碘、溴和氯的組合制成的，穩(wěn)定的串聯(lián)設(shè)備的認(rèn)證效率為25.8％。

原標(biāo)題:鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的最新進(jìn)展，更高效率更好的穩(wěn)定性