鈣鈦礦太陽能電池的新制造方法有望突破效率極限

太陽能電池實現的直接太陽能轉換可在我們未來的能源供應中發揮關鍵作用。提高太陽能電池的成本效益對于加速即將到來的兆瓦級太陽能產業至關重要。但是，這很復雜，因為常規晶體硅的效率極限已接近33%。一種可行的策略是制造一種太陽能電池，該太陽能電池結合了各種可以吸收更多陽光的光吸收材料，最終可以將效率提高到68%。博士 候選人王俊科(Junke Wang)已開發出一種新策略，以新型鈣鈦礦半導體為基礎制造太陽能電池，該技術有望實現35%以上的效率。王在12月10日成功為自己的論文辯護。

鈣鈦礦是一種無機-有機雜化化合物，具有優異的性能，可用于太陽能電池。在十年之內，基于單個鈣鈦礦層的太陽能電池的效率已達到25%以上，與傳統的無機太陽能技術相當。

與傳統材料相比，鈣鈦礦具有許多優點，例如重量輕，成本低。此外，它可以由溶液混合物或油墨制成，例如用于印刷報紙的油墨。這些油墨然后可以用來在基材表面上涂覆厚度僅為幾百納米的層。結果，這種方法使從這些解決方案生產大面積太陽能電池板變得更加容易。

有趣的是，可以通過改變鈣鈦礦膜的化學組成來獲得吸收不同顏色陽光的高質量鈣鈦礦材料。因此，將可以吸收不同顏色的各種鈣鈦礦材料堆疊在一個器件中，即鈣鈦礦多結太陽能電池，提供了一條激動人心的途徑，以較低的制造成本打破了效率極限。

加工挑戰

鑒于需要將不同的材料層沉積在彼此之上同時又彼此兼容，因此制造這樣的多結太陽能電池是一項艱巨的任務。每種鈣鈦礦材料都需要采用一定的成膜策略來獲得高性能，這給加工帶來了巨大挑戰。此外，由于所有鈣鈦礦層均由溶液加工而成，因此將一種鈣鈦礦材料放在另一層之上會損壞下面的層并降低電池效率。

通用沉積策略

在這項研究中，Wang及其應用物理系分子材料和納米系統小組的同事展示了一種簡單而有效的處理和集成方法，用于三種不同的鈣鈦礦層。

這種新方法解決了鈣鈦礦多結太陽能電池制造中的主要困難，適用于未來的大規模生產方法。研究人員還設計并實現了一種堅固的互連層，該互連層能夠在將一層鈣鈦礦沉積到另一層之上時保持所有鈣鈦礦層的完整性。

在概念驗證的太陽能電池中，三種不同鈣鈦礦材料的組合產生了16.8%的轉換效率。隨著單個鈣鈦礦材料的進一步開發，該策略在Wang博士期間得到了發展。研究可以將效率提高到35%以上。Wang博士的研究結果的一部分。這項研究已發表在“自然通訊”雜志的一篇論文中。