太陽能電池從實驗室轉移到現實世界

了解太陽能電池從實驗室轉移到現實世界時的運行方式如何變化對于在批量生產之前優化其設計至關重要。KAUST研究人員展示了鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池在炎熱，陽光充足的環境中的功能。

硅在商業太陽能電池生產中占主導地位。作為光到電的轉換器，它既豐富又高效。但是最近，鈣鈦礦已經成為一種具有潛力的材料，可以使用基于解決方案的工藝來低成本制造。它們的性質可以通過改變化學成分來調節。

材料的光學和電子特性與其帶隙有關：入射光子需要吸收的最小能量。帶隙還確定吸收光子時產生多少電流。在常規的太陽能電池中，光吸收材料僅吸收某些波長的光，這些光的能量高于帶隙，而未利用部分太陽能。

為了獲得硅的工業成熟度和鈣鈦礦多功能性的好處，科學家們研究了在一種稱為串聯太陽能電池的裝置中使用這兩種材料的情況。它們的理論效率極限為44%，超過了常規太陽能電池的33%極限。

封裝的鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池正在KAUST戶外測試設施進行測試。信用：KAUST 2020

研究的第一作者艾爾坎·艾丁說：“這種串聯構型的一個局限在于，人們認為鈣鈦礦帶隙必須比穩定的材料成分所允許的寬度寬。”

新的太陽能電池將在實驗室的標準測試條件下進行測試。但是在大多數部署太陽能電池的地區，環境溫度都比標準的25攝氏度高得多，并且可能會劇烈波動，從而影響性能。

艾登和他的同事們在炎熱，陽光明媚的氣候條件下，研究了鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池在戶外的性能。KAUST團隊表明，雖然隨著設備變熱硅帶隙變小，但鈣鈦礦帶隙變大。這會使器件偏離其理想的工作點，并降低了在標準測試條件下優化的串聯電池的效率。令人鼓舞的是，這種趨勢具有降低鈣鈦礦帶隙的作用，從而允許將更穩定的鈣鈦礦組合物用于串聯太陽能電池中。

Aydin說：“我們的研究下一步將集中在使這些器件的功率轉換效率超過報告的最高單結硅太陽能電池效率(26.7%)和更高的穩定性上。” “這些改進將使鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池更接近市場。”