全新硅-鈣鈦礦太陽能電池如何創(chuàng)造新的效率紀錄?
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問題描述:全新硅-鈣鈦礦太陽能電池如何創(chuàng)造新的效率紀錄?
領(lǐng)域?qū)<遥?/span>硅一直是太陽能電池技術(shù)的首選材料,因為其具有價格低廉、穩(wěn)定且高效等特別。不幸的是,硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率正快速接近其理論極限,但將其與其他材料配對可能有助于突破該上限。
現(xiàn)在,瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(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能電池組合技術(shù),并報告了25.2%的效率紀錄- 這是這種太陽能電池組合技術(shù)的全新記錄。
目前市場上的硅太陽能電池的效率最高可達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,它的價格比普通硅太陽能電池貴,并且具有其自身的效率上限。
在一個太陽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。鈣鈦礦在將綠光和藍光轉(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。
“通過結(jié)合這兩種材料,我們可以最大限度地利用太陽光譜并增加發(fā)電量,”該研究的作者Florent Sahli和Jérémie Werner表示?!拔覀兯龅挠嬎愫凸ぷ鞅砻鳎?0%的效率應(yīng)該很快就能實現(xiàn)?!?/p>
該團隊的新型硅-鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)實現(xiàn)了25.2%的效率。這超過了2015年研發(fā)的由單晶硅太陽能電池和鈣鈦礦型太陽能電池層疊而成的串聯(lián)結(jié)構(gòu)的太陽能電池,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。它由大約五微米高的大量“金字塔”結(jié)構(gòu)組成,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)電池的標準方法是弄平硅電池的‘金字塔’,但這會降低其光學性能,并因此降低其性能,然后將鈣鈦礦電池沉積在其頂部。它還增加了制造過程的步驟?!?/p>
在這項研究中,科學家首先使用蒸發(fā)來創(chuàng)建覆蓋‘金字塔’的無機基層。然后,通過旋涂將液體有機溶液加入,其滲入基層的孔隙中。最后,團隊將襯底加熱到150°C(302°F),這樣鈣鈦礦就會在頂部結(jié)晶,形成覆蓋整個硅表面的薄膜。研究人員表示,這個過程相對簡單,只需幾個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),而不會使成本過高。
該研究發(fā)表在《自然-材料》雜志上。
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