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此前，硅太陽能電池的理論效率極限在29.4%。但去年，科學(xué)家們已經(jīng)成功打破了串聯(lián)硅鈣鈦礦太陽能電池的效率紀(jì)錄，首次突破了30%的里程碑?，F(xiàn)在，他們不僅透露了他們是如何做到的，另一支研究團(tuán)隊(duì)也表示，他們用不同的方法打破了這一紀(jì)錄。

最常見的太陽能電池使用硅來吸收光?，F(xiàn)代商業(yè)硅太陽能電池的效率現(xiàn)在超過24%，最好的實(shí)驗(yàn)室電池的效率達(dá)到了26.8%。提高太陽能電池效率的一種方法是將兩種不同的光吸收材料堆疊在一個(gè)裝置中。這種串聯(lián)的方法增加了太陽能電池可以獲得的陽光光譜。

科學(xué)家們?cè)絹碓蕉嗟匮芯苛蒜}鈦礦在串聯(lián)太陽能電池中的應(yīng)用，因?yàn)檫@些晶體價(jià)格低廉，而且很容易在實(shí)驗(yàn)室中生產(chǎn)。一種常見的方法是使用由鈣鈦礦制成的頂部電池來吸收較高能量的可見光，而使用由硅制成的底部電池來吸收較低能量的紅外線。

2022年，一組德國研究人員透露了他們是如何開發(fā)出效率為29.8%的鈣鈦礦硅串聯(lián)太陽能電池的，而位于瑞士諾伊沙特爾的瑞士電子與微技術(shù)中心的另一個(gè)小組及其合作者創(chuàng)造了31.25%的新紀(jì)錄。

瑞士電子與微技術(shù)中心的材料科學(xué)家Quentin Jeangros說：“這是一種結(jié)構(gòu)與大規(guī)模生產(chǎn)兼容的技術(shù)首次達(dá)到了30%以上的效率。”

現(xiàn)在，NeuchaÉtel的研究人員和他們的同事透露了他們是如何制造該設(shè)備的，而柏林的科學(xué)家和他們的合作者則推出了一種效率高達(dá)32.5%的新型串聯(lián)太陽能電池。

NeuchaÉtel小組透露，他們的設(shè)備由硅底電池上的鈣鈦礦頂電池組成，硅底電池具有幾微米高的金字塔。使用紋理表面而不是平面表面增強(qiáng)了表面的光捕獲能力。

該小組采用兩步法沉積鈣鈦礦。首先，他們使用熱蒸發(fā)在金字塔覆蓋的硅底部電池上鋪設(shè)無機(jī)模板。接下來，他們使用一種溶液將這種支架結(jié)晶成鈣鈦礦。這有助于確保鈣鈦礦也形成金字塔以捕捉光線。

鈣鈦礦硅串聯(lián)太陽能電池面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題是防止在光幫助分離這些電荷后，帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴在鈣鈦礦頂部電池中重新組合而導(dǎo)致電荷損失。NeuchaÉtel和Berlin團(tuán)隊(duì)都采用了一種策略來克服這個(gè)問題，那就是放置一層碳60富勒烯層，可以有效地從鈣鈦礦中提取電子。

然而，在鈣鈦礦表面的缺陷處，電子和空穴可以重新結(jié)合。NeuchaÉtel集團(tuán)通過在鈣鈦礦電池的結(jié)晶過程中使用膦酸添加劑來避免這種情況，這有助于防止這些缺陷的形成。

瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院洛桑光伏實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家Xin Yu Chin表示：“這些結(jié)果表明，該技術(shù)已準(zhǔn)備好進(jìn)入下一個(gè)發(fā)展階段，這意味著穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性方面現(xiàn)在應(yīng)該成為重點(diǎn)。”

柏林研究小組使用了一種不同的方法，依賴于一種被稱為碘化哌嗪鎓的離子液體。流體是由帶正電的陽離子和帶負(fù)電的陰離子組成的鹽。這使其能夠修飾鈣鈦礦上的正表面缺陷和負(fù)表面缺陷，以減少復(fù)合。

沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)的科學(xué)家們超過了這兩項(xiàng)記錄，他們?cè)?月和5月分別開發(fā)了效率為33.2%和33.7%的鈣鈦礦硅串聯(lián)電池。Jeangros說，最終，“我們相信35%是可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。”

Neuchâtel小組目前正專注于開發(fā)工業(yè)上適用的加工方法，以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，并提高這些設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性。Chin說：“這項(xiàng)技術(shù)很可能還需要5到10年才能推向市場(chǎng)。”

原標(biāo)題：鈣鈦礦和硅配對(duì)太陽能電池效率超過30%