硅鈣鈦礦串聯太陽能電池的新世界紀錄

提高太陽能電池的功率轉換效率很重要，原因有二。從長遠來看，這是降低平準化電力成本的最有效途徑。在短期內，這是在空間有限的應用(例如，屋頂、外墻、車輛甚至無人機)中推廣光伏的最佳方式。

然而，所有太陽能電池從根本上受到制造材料的限制，這反過來又影響了它們可以實現的效率。迄今為止，采用最多的太陽能電池技術是由硅制成的。但盡管硅取得了成功，它的理論效率極限約為29%。該技術目前的效率略低于27%，為未來的效率提升留下了非常小的余地。

在超越這一限制的創新競賽中，科學家們在硅中添加了一個(或多個)互補太陽能電池，以形成“串聯”太陽能電池。太陽的較高能量可見光被頂部電池吸收，而較低能量的紅外光被串聯后部的硅電池吸收。鹵化物鈣鈦礦已被確定為硅的理想合作伙伴，因為與單獨的硅相比，它們可以更有效地將可見光轉換為電能，而不會過度增加制造成本。

雙倍世界紀錄成功

“我們已經克服了心理障礙，”EPFL光伏實驗室和CSEM可持續能源中心負責人ChristopheBallif說。“我們已經通過實驗驗證了硅上鈣鈦礦串聯的高效潛力。其他類型的材料(即III-V半導體)已經實現了30%的效率標記。但是，這些材料和用于制造它們的工藝過于昂貴，無法維持能源轉型——這些設備比硅太陽能電池貴一千倍。我們的研究結果首次表明，使用低成本材料和工藝可以克服30%的障礙，這應該會開辟新的前景為光伏的未來。”

來自納沙泰爾的研究人員成功地提高了兩種硅鈣鈦礦串聯的效率。

首先，他們采用材料和制造技術，在平坦的硅表面上從溶液中沉積高質量的鈣鈦礦層，1cm2太陽能電池的功率轉換效率達到30.93%。其次，通過研究一種與紋理硅表面兼容的新型混合蒸汽/溶液處理技術，他們生產出了一種太陽能電池，其功率轉換效率為31.25%(同樣為1cm2)。

這些結果構成了兩項新的世界紀錄：一項是平面設備架構，一項是紋理設備架構。后一種方法提供更高的電流并且與當前工業硅太陽能電池的結構兼容。此前，鈣鈦礦-硅串聯太陽能電池的效率轉換記錄是由柏林亥姆霍茲中心的一個團隊于2021年創下的，該團隊達到了29.8%。EPFL和CSEM的新記錄由美國國家可再生能源實驗室(NREL)獨立認證。

前途光明

CSEM的QuentinJeangros指出：“這些高效成果現在需要進一步的研發，以允許它們擴大到更大的表面積，并確保這些新電池能夠在我們的屋頂和其他地方在標準壽命內保持穩定的功率輸出。”

“據說串聯鈣鈦礦硅技術有可能超過30%的效率基準，但這是第一次證明這種長期預測的潛力，這有望為更便宜的可持續電力鋪平道路。未來，”EPFL的ChristianWolff總結道。