《自然·能源》雜志近日公布，一組國(guó)際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)報(bào)告成功制造了鈣鈦礦／硅雙層單片電池。

新系統(tǒng)使太陽(yáng)能電池效率再創(chuàng)新高

2021年一月一日，比亞迪公開“光波轉(zhuǎn)換材料及其制備方法和太陽(yáng)能電池”專利，能夠使得太陽(yáng)能電池利用更寬波長(zhǎng)范圍的光，從提高光利用率上提高了太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

專利申請(qǐng)中表示，目前的硅基太陽(yáng)能電池光伏組件，光電轉(zhuǎn)換率仍然有待改善。其中鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池僅僅能夠控制鈣鈦礦吸收層晶體的生長(zhǎng)，并無(wú)法控制后期鈣鈦礦晶體是否發(fā)生團(tuán)聚，且控制過程操作復(fù)雜。硅基太陽(yáng)能電池光伏組件中使用的常規(guī)玻璃，透光率都是在400～1000納米之間這個(gè)可見光有限的光譜范圍，從光轉(zhuǎn)換根源上已削減了光利用率。

這項(xiàng)發(fā)明能夠利用量子效應(yīng)將400nm以下波長(zhǎng)的紫外光轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)介于400～1000納米之間可見光波，從而提高太陽(yáng)能電池的光利用率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，相比硅基太陽(yáng)能電池，采用這種光波轉(zhuǎn)換材料的電池能夠利用紫外光。

但就在近日，一組國(guó)際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)報(bào)告成功制造了鈣鈦礦／硅雙層單片電池。在室外條件下，雙面串聯(lián)太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)超出任何商用硅太陽(yáng)能電池板的效率。這也是首次通過實(shí)驗(yàn)清晰證明了雙面串聯(lián)裝置效能優(yōu)越的證據(jù)。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的第三代太陽(yáng)能電池。此次研究團(tuán)隊(duì)分析了在各種真實(shí)光照和反照率條件下，想要獲得最佳電流匹配所需的鈣鈦礦帶隙。

研究中新的雙面串聯(lián)太陽(yáng)能電池，其主體由硅層和鈣鈦礦層構(gòu)成，同時(shí)還結(jié)合了許多其他化合物。最終，他們采用了較窄的鈣鈦礦帶隙，具有透明背電極的器件結(jié)構(gòu)依賴于反照率來(lái)增強(qiáng)底部電池中的電流出現(xiàn)，增強(qiáng)了鈣鈦礦頂部電池中的電流出現(xiàn)。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)而首次報(bào)告了在單面AM1．5G陽(yáng)光的照射下，經(jīng)認(rèn)證的功率轉(zhuǎn)換效率大于25％的雙面串聯(lián)配置，在戶外實(shí)驗(yàn)場(chǎng)下，發(fā)電密度高達(dá)26mWcm－2的結(jié)果。對(duì)暴露在不同反照率下的性能進(jìn)行比較后，研究團(tuán)隊(duì)得出了雙面單片鈣鈦礦／硅串列太陽(yáng)能電池利用環(huán)境中的漫反射光反照率，其性能優(yōu)于單面鈣鈦礦／硅串列太陽(yáng)能電池的結(jié)論。

此次研究涉及14種材料，其中每一種材料都必須進(jìn)行所謂“完美優(yōu)化”。串聯(lián)裝置的復(fù)雜性，正是這次最重要的挑戰(zhàn)。

這次研究證明，使用雙面串聯(lián)配置，已超過目前公認(rèn)的串聯(lián)配置的性能極限。這種雙面串聯(lián)組合的新系統(tǒng)，不但可以搜集到更多的能量，還可以捕獲許多原本被浪費(fèi)掉的、從地面反射和散射的光，前所未有地新增串聯(lián)太陽(yáng)能電池的效能。