钙钛矿与晶体硅完美搭配,串叠型太阳能效率有望达30%

提高太阳能板转换效率的方法有许多种,有些研究机构从材料着手,全力开发新型的太阳能电池材料,有些人则是在制程方面添新意,而美国科学家决定利用一加一大于二的概念,将两种太阳能电池并在一起,最终成功将转换效率提高到27%。

目前市面上最常见的太阳能电池是晶体硅太阳能,但它只能吸收波长1,000纳米以下的近红外光、可见光及紫外光的,仅转换18%-21%的太阳能,距离极限29%越来越近,若要更上一层楼,势必不能走老路。美国科罗拉多大学波德分校(CU Boulder)与美国国家再生能源实验室(NREL)将新兴太阳能材料钙钛矿与晶体硅太阳能“合二为一”,希望能进一步提高效率。

这种太阳能称为串叠型或多接面技术,最早出现在1970年代,当时最高转换效率高达45%,只不过当时电池只能生长一层原子层,故这类型太阳能的价格非常高昂,每平方米80,000美元,不是每个人人都能负担。

而该团队指所以选用钙钛矿太阳能,则是因为钙钛矿具有效率高、材料与制程成本低优势,目前钙钛矿转换效率最高已突破至26%以上,若与晶体硅太阳能合作,就可截长补短、负责吸收晶体硅太阳能所不能吸收的波长。

事情总没那么简单,串叠型电池可能会影响制程,底层晶体硅太阳能吸收红光、红外光的效率也会受影响,团队刚开始转换效率只有13%,比单一的晶体硅太阳能还要低、效率更没有达到商转门槛。

不过这次团队研发出全新的钙钛矿太阳能电池,以往的钙钛矿电池多由氯、溴或碘卤化物制成,但团队这次将他们“合在一起”制成氯、溴与碘三重卤化物(triple-halide)合金,也添入更多的氯,提高钙钛矿太阳能的能隙,最终成功拉高转换效率。

团队制造出1平方厘米大小的三重钙钛矿电池,在摄氏60度环境下待了1,000小时后,效率不仅达到20.3%,性能也维持在96%;摄氏85度环境下500小时后,也还能保持97%以上性能。加装在硅太阳能板后,转换效率更已达到27%。

团队认为,钙钛矿成本便宜、制造不能耗,相对容易制备,经过1,000个小时的强光和热测试之后,效率变化也不大,是种极具潜力的太阳能材料。CU Boulder生物工程与化学教授Michael McGehee表示,目前钙钛矿-硅串叠型太阳能的效率已经超越传统晶体硅太阳能,团队相信最终效率不仅可提高到30%以上,也能维持高稳定性。

(首图来源:NERL)

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