矽一直是太陽能電池技術的首選材料, 因為其具有價格低廉, 穩定且高效等特點. 一個不幸的消息是, 矽太陽能電池的轉換效率正快速接近其理論極限. 不過, 將其與其他材料配對可能有助於突破該上限.
現在, 瑞士洛桑聯邦理工大學(EPFL)和瑞士電子與微技術中心(CSEM)的研究人員已經開發出一種新的矽和鈣鈦礦太陽能電池組合的技術, 在他們的研究報告中提到, 該種電池的研究室效率已經突破了25.2%的效率紀錄——這是這種太陽能電池組合技術的全新記錄.
目前市場上的矽太陽能電池效率最高可達20%到22%, 這並不差, 但並不能使該技術有更大的發展空間. 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. 儘管如此, 因為它的價格比普通矽太陽能電池貴, 並且具有其自身的效率上限, 商業化程度並不算高.
在一個太陽能電池中使用鈣鈦礦和矽可能有助於發揮這兩種材料的優勢. 鈣鈦礦在將綠光和藍光轉換為電能方面效果更好, 而矽專用於紅光和紅外光, 因此它們可以捕獲更寬的光譜範圍.
研究的作者Florent Sahli和Jérémie Werner表示, 通過結合這兩種材料, 就可以最大限度地利用太陽光譜並增加發電量, 目前研究中所做的計算和工作表明, 應該很快就能實現30%的效率.
該團隊的新型矽-鈣鈦礦太陽能電池已經實現了25.2%的效率. 這超過了2015年研發的由單晶矽太陽能電池和鈣鈦礦型太陽能電池層疊而成的串聯結構的太陽能電池, 那時其效率僅為13.7%.
這些串聯電池的主要障礙在製造過程中. 通常, 鈣鈦礦將作為液體沉積在表面上, 但矽的質地使其變得困難. 矽電池的表面由大約五微米高的大量 '金字塔' 結構組成, 這種結構可以更好地捕捉和吸收光線.
Sahli表示, 到目前為止, 製造鈣鈦礦/矽串聯電池的標準方法是弄平矽電池的 '金字塔' , 但這會降低其光學性能, 並因此降低其性能. 而之後將鈣鈦礦電池沉積在其頂部這一步, 還增加了製造過程的步驟.
在這項研究中, 科學家首先使用蒸發來建立覆蓋 '金字塔' 的無機基層. 然後, 通過旋塗將液體有機溶液加入, 其滲入基層的孔隙中. 最後, 團隊將襯底加熱到150°C(302°F), 這樣鈣鈦礦就會在頂部結晶, 形成覆蓋整個矽表面的薄膜.
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合到現有的生產線中. 這將有助於新的串聯電池生產, 而不會使成本過高.
