下一代太陽能電池效率達到24%

一個德國研究小組開發了一種串聯太陽能電池，其效率達到24%——根據轉化為電能(即電子)的光子比例來衡量。這創下了迄今為止使用有機和鈣鈦礦基吸收劑組合實現的最高效率的新世界紀錄。該太陽能電池由伍珀塔爾大學的ThomasRiedl教授團隊與科隆大學物理化學研究所的研究人員以及波茨坦大學和蒂賓根大學以及柏林亥姆霍茲中心的其他項目合作伙伴共同開發和杜塞爾多夫的Max-Planck-InstitutfürEisenforschng。結果已發表在《自然》雜志上標題為“鈣鈦礦-具有氧化銦互連的有機串聯太陽能電池”。

傳統的太陽能電池技術主要基于半導體硅，現在被認為是“盡其所能”。它們的效率顯著提高——即每瓦特太陽輻射收集更多瓦特的電能——幾乎是不可預期的。這使得開發能夠為能源轉型做出決定性貢獻的新太陽能技術變得更加必要。在這項工作中結合了兩種這樣的替代吸收材料。在這里，使用了有機半導體，這是一種在特定條件下可以導電的碳基化合物。這些與鈣鈦礦配對，基于鉛鹵化合物，具有優異的半導體性能。

由于陽光由不同的光譜成分(即顏色)組成，因此高效的太陽能電池必須將盡可能多的陽光轉化為電能。這可以通過所謂的串聯電池來實現，其中不同的半導體材料組合在太陽能電池中，每種材料吸收不同范圍的太陽光譜。在目前的研究中，有機半導體用于光的紫外和可見光部分，而鈣鈦礦可以有效地吸收近紅外光。過去已經探索過類似的材料組合，但現在研究團隊成功地顯著提高了它們的性能。

在項目開始時，世界上最好的鈣鈦礦/有機串聯電池的效率約為20%。在伍珀塔爾大學的領導下，科隆研究人員與其他項目合作伙伴一起將這一價值提高到了前所未有的24%。科隆大學物理化學研究所的SelinaOlthof博士說：“為了實現如此高的效率，必須盡量減少太陽能電池內材料之間界面的損失。”“為了解決這個問題，伍珀塔爾的研究小組開發了一種所謂的互連，將有機子電池和鈣鈦礦子電池以電子和光學方式耦合起來。”

作為互連，在太陽能電池中集成了一層薄薄的氧化銦，厚度僅為1.5納米，以盡可能降低損耗。科隆的研究人員在評估接口和互連的能量和電氣特性方面發揮了關鍵作用，以確定損耗過程并進一步優化組件。伍珀塔爾小組的模擬表明，未來可以通過這種方法實現效率超過30%的串聯電池。