文/陳根

長期以來,硅一直是太陽能電池的黃金標準,但現在它正開始達到極限。同時,鈣鈦礦已成為下一個具有潛力的太陽能材料。事實上,自從大約十年前鈣鈦礦突然出現在太陽能電池領域以來,它就以驚人的速度打破了太陽能電池的效率記錄。其中,硅或鈣鈦礦的效率通常達到20%左右。

在這樣的背景下,將硅與鈣鈦礦配對的串聯太陽能電池則成為突破單電池效率極限的一個有希望的選擇。就在五年前,串聯式太陽能電池的最高效率為13．7%,兩年前達到了25．2%,今年早些時候這項技術達到了27．7%。

現在,由柏林亥姆霍茲ZentrumBerlin(HZB)的科學家領導的一個團隊成功地將串聯硅鈣鈦礦太陽能電池的效率提高到29．15%。這已經接近30%的里程碑,離35%的理論極限也不再遙遠。

之所以硅與鈣鈦礦配對的串聯能取得優異的效果,是因為它們吸收不同波長的光——硅重要集中在光譜的紅色和紅外部分,而鈣鈦礦則擅長綠光和藍光。

為了制造這種新的裝置,研究小組從一種具有1．68ev禁帶的鈣鈦礦化合物開始。隨后,他們開發出了一種新的底物,其由基于咔唑的甲基取代分子制成,可以幫助電子更加有效地流經電極。

目前,太陽能電池是在1平方厘米(0．2平方英寸)的樣品中進行測試的,但是研究人員表示,將其擴大到更實際的尺寸應該是一件相對簡單的事情。

事實上,29．15%的效率不僅是這項技術的記錄,而且在NREL圖表中處于整個新興光伏類別的最頂端,此外,新型鈣鈦礦/硅串聯電池的特點是在持續暴露于空氣和模擬陽光下300多小時內性能穩定,而無需封裝保護。

這一研究展示了太陽能電池未來的再一可能性,現在,這項描述這項新工作的研究成果已經發表在《Science》上。