太陽能一直被認(rèn)為是取代我們對化石燃料依賴的最可持續(xù)的選擇，但將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)必須既高效又廉價。

沖繩科學(xué)技術(shù)研究生院(OIST)能源材料和表面科學(xué)部的科學(xué)家認(rèn)為，他們已經(jīng)找到了一種制造低成本高效太陽能電池的新方法。來自O(shè)IST的YabingQi教授和他的團(tuán)隊(duì)與中國陜西師范大學(xué)的ShengzhongLiu教授合作，利用模擬天然礦物鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的材料和化合物開發(fā)了這些細(xì)胞。他們在NatureCommunications雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究中描述了他們的技術(shù)。

在齊教授所說的“金三角”中，太陽能電池技術(shù)需要滿足三個值得商業(yè)化的條件：太陽能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)換率必須很高，生產(chǎn)成本必須低廉，并且必須要有壽命長。今天，大多數(shù)商業(yè)太陽能電池由晶體硅制成，其具有約22%的相對高的效率。雖然這些太陽能電池的原材料硅很豐富，但加工過程往往很復(fù)雜并且會增加制造成本，使成品價格昂貴。

齊教授說，鈣鈦礦提供了更實(shí)惠的解決方案。2009年，日本橫濱Toin大學(xué)的TsutomuMiyasaka教授的研究團(tuán)隊(duì)首次將鈣鈦礦用于制造太陽能電池，從那以后它迅速變得越來越重要。“對鈣鈦礦細(xì)胞的研究非常有前景。僅僅9年時間，這些細(xì)胞的效率從3.8%提高到23.3%。其他技術(shù)經(jīng)過30多年的研究才達(dá)到同樣的水平，”齊教授解釋說。他和他的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的制造方法生產(chǎn)的鈣鈦礦太陽能電池具有與晶體硅電池相當(dāng)?shù)男剩赡鼙戎圃旃杼柲茈姵乇阋说枚唷?br/>
為了制造新的細(xì)胞，研究人員在透明導(dǎo)電基材上涂上了鈣鈦礦薄膜，可以非常有效地吸收陽光。他們使用了一種基于氣固反應(yīng)的技術(shù)，其中基板首先涂有一層三碘化氫，并加入少量氯離子和甲胺氣體-使它們能夠重復(fù)制造大型均勻的面板，每個面板由多個太陽能電池。

在開發(fā)該方法時，科學(xué)家們意識到使鈣鈦礦層厚度為1微米可以顯著提高太陽能電池的工作壽命。“在工作800小時后，太陽能電池幾乎沒有變化，”YIST教授研究部門的博士后學(xué)者劉宗浩博士說，他是該研究的第一作者。此外，較厚的涂層不僅提高了太陽能電池的穩(wěn)定性，而且便于制造工藝，從而降低了生產(chǎn)成本。“更厚的吸收層確保了太陽能電池制造的良好再現(xiàn)性，這是在現(xiàn)實(shí)工業(yè)規(guī)模設(shè)置中大規(guī)模制造的關(guān)鍵優(yōu)勢，”劉博士說。

Qi教授及其團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在面臨的最大挑戰(zhàn)是將新設(shè)計(jì)的太陽能電池的尺寸從0.1mm2尺寸的原型增加到可以長達(dá)數(shù)英尺的大型商業(yè)尺寸面板。這是業(yè)界可以提供幫助的地方。“在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)實(shí)中的研究結(jié)果之間存在很大差距，并且行業(yè)并不總是愿意自己完全彌補(bǔ)這一差距。因此，研究人員需要在實(shí)驗(yàn)室之外采取一個更必要的步驟，并在中途實(shí)現(xiàn)行業(yè)發(fā)展，“齊教授說。

為了邁出這一步，齊教授和團(tuán)隊(duì)在他們的概念驗(yàn)證計(jì)劃下獲得了OIST技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新中心的慷慨資助。有了這筆資金，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立了一個新的鈣鈦礦太陽能電池模塊的工作模型，該模塊由5cm×5cm基板上的多個太陽能電池組成，有效面積為12cm2，比實(shí)驗(yàn)樣機(jī)大得多，但小于商用所需的尺寸。目的。雖然擴(kuò)大規(guī)模的過程已將細(xì)胞的效率從20%降低到15%，但研究人員樂觀地認(rèn)為，他們將能夠改善未來幾年的工作方式，并成功將其用途商業(yè)化。