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基于帶隙工程的高效鈣鈦礦/硅雙層單片太陽能電池示意圖。圖片來源：《自然·能源》在線版

據(jù)英國《自然·能源》雜志近日發(fā)表的最新研究，一組國際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)報(bào)告成功制造了鈣鈦礦/硅雙層單片電池。在室外條件下，雙面串聯(lián)太陽能電池實(shí)現(xiàn)超出任何商用硅太陽能電池板的效率。這也是首次通過實(shí)驗(yàn)清晰證明了雙面串聯(lián)裝置效能優(yōu)越的證據(jù)。

鈣鈦礦太陽能電池，是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的第三代太陽能電池，具有成本低廉、光電轉(zhuǎn)換效率高、商業(yè)潛力巨大等讓人無法忽視的特點(diǎn)。

此次研究團(tuán)隊(duì)分析了在各種真實(shí)光照和反照率條件下，想要獲得最佳電流匹配所需的鈣鈦礦帶隙。研究中新的雙面串聯(lián)太陽能電池，其主體由硅層和鈣鈦礦層構(gòu)成，同時(shí)還結(jié)合了許多其他化合物，由于最終采用了較窄的鈣鈦礦帶隙，具有透明背電極的器件結(jié)構(gòu)依賴于反照率來增強(qiáng)底部電池中的電流產(chǎn)生，增強(qiáng)了鈣鈦礦頂部電池中的電流產(chǎn)生。

團(tuán)隊(duì)進(jìn)而首次報(bào)告了在單面AM1.5G（太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)測試的參考光譜）陽光的照射下，經(jīng)認(rèn)證的功率轉(zhuǎn)換效率大于25%的雙面串聯(lián)配置，在戶外實(shí)驗(yàn)場下，發(fā)電密度高達(dá)26mWcm-2的結(jié)果。對暴露在不同反照率下的性能進(jìn)行比較后，研究團(tuán)隊(duì)得出了雙面單片鈣鈦礦/硅串列太陽能電池利用環(huán)境中的漫反射光反照率，其性能優(yōu)于單面鈣鈦礦/硅串列太陽能電池的結(jié)論。

研究人員表示，串聯(lián)裝置的復(fù)雜性，正是這次最主要的挑戰(zhàn)，此次研究涉及14種材料，其中每一種材料都必須進(jìn)行所謂“完美優(yōu)化”。

盡管常規(guī)串聯(lián)的太陽能電池也可以通過吸收額外波長的光轉(zhuǎn)化為電能，但此次科學(xué)家們證明：使用雙面串聯(lián)配置，可以超過目前公認(rèn)的串聯(lián)配置的性能極限。這種利用傳統(tǒng)硅基層和鈣鈦礦制成的另一層串聯(lián)組合的新系統(tǒng)，不但可以搜集到更多的能量，還可以捕獲許多原本被浪費(fèi)掉的、從地面反射和散射的光，前所未有地增加串聯(lián)太陽能電池的效能。