高效太陽能電池的理想串聯(lián)體：石墨烯-鈣鈦礦-硅

:物理定律將硅太陽能電池的最高效率限制在32%，面對太陽能轉(zhuǎn)換效率的困境，科學(xué)家們已耗費數(shù)十年的時間試圖找到其他替代品，如鈣鈦礦。然而，后者的制造存在幾個挑戰(zhàn)，其中擴大太陽能電池板的生產(chǎn)是邁向成功的關(guān)鍵一步。

同時，科學(xué)家試圖將兩種或兩種以上的太陽能光伏技術(shù)結(jié)合起來，使得不同材料在性能和光吸收范圍上實現(xiàn)互補，以提高光伏轉(zhuǎn)換的效率。如鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽能電池，將硅和鈣鈦礦的優(yōu)勢結(jié)合起來，然而穩(wěn)定性、效率和大規(guī)模生產(chǎn)似乎仍然是一個遙不可及的夢。隨后石墨烯的出現(xiàn)，被認為對太陽能電池性能的提升有很大幫助，甚至將帶來革命性的突破。

近日，羅馬托爾維加塔大學(xué)、意大利理工學(xué)院的研究人員及其附屬機構(gòu)石墨烯旗艦成員BeDimensional與西班牙清潔技術(shù)公司ENEA合作，成功地將石墨烯與串聯(lián)的鈣鈦礦-硅太陽能電池相結(jié)合，其轉(zhuǎn)換效率高達26.3%，相關(guān)研究成果已發(fā)表于《焦耳》（Joule）雜志。

基于石墨烯多功能特性，石墨烯的串聯(lián)太陽能電池效率幾乎是純硅的2倍，該研究團隊設(shè)想了一種新的制造方法，用于生產(chǎn)大面積的太陽能電池板，并降低生產(chǎn)成本。結(jié)果表明石墨烯和相關(guān)的層狀材料將使更高效、更經(jīng)濟的大面積太陽能電池板實現(xiàn)商業(yè)化。這項新技術(shù)可以應(yīng)用于現(xiàn)有的鈣鈦礦太陽能電池，使用的是基于標準解決方案的制造方法。

該研究團隊表示，制造石墨烯太陽能電池的新方法有著雙重優(yōu)勢。首先，它可以用于增強現(xiàn)所有不同類型的鈣鈦礦太陽能電池，包括那些在高溫下加工的電池；但更重要的是，可以利用廣泛使用的“溶液制造方法”來整合石墨烯，這是進一步工業(yè)化應(yīng)用該技術(shù)并生產(chǎn)石墨烯太陽能電池板的關(guān)鍵。

事實上，他們已經(jīng)致力于兩個面向工業(yè)的“先鋒項目”，以挖掘石墨烯太陽能電池的應(yīng)用潛力。研究人員指出，這種創(chuàng)新方法是朝著開發(fā)串聯(lián)太陽能電池邁出的第一步，這種電池的效率超出了單節(jié)硅器件的極限，分層的材料將是實現(xiàn)這一目標的關(guān)鍵。

這種新型太陽能電池將成為石墨烯旗艦項目GRAPES的基礎(chǔ)，該項目將進行石墨烯基鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽能電池的試生產(chǎn)，目標是超過30%的太陽能轉(zhuǎn)換指標，同時降低生產(chǎn)成本。另一個關(guān)鍵目標是保持高太陽能轉(zhuǎn)換效率，同時增加太陽能模塊的大小。

據(jù)了解，作為一個由歐盟委員會資助的項目，GRAPES項目的任務(wù)是提高這項技術(shù)的穩(wěn)定性和效率，提升歐洲對太陽能項目的接受程度。而自石墨烯旗艦項目GRAPES啟動以來，石墨烯及相關(guān)材料在太陽能發(fā)電方面的應(yīng)用被視為一項戰(zhàn)略重點。

原標題:高效太陽能電池的理想串聯(lián)體：石墨烯-鈣鈦礦-硅