高效穩(wěn)定的新型雙疊層太陽(yáng)能電池，你知道嗎？

在科技的發(fā)展道路上，離不開(kāi)能源的助力，特別是再科技飛速發(fā)展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人員不斷開(kāi)發(fā)新能源，這就再當(dāng)下最需要研發(fā)太陽(yáng)能的使用。近日，國(guó)際知名期刊《科學(xué)》發(fā)表了一項(xiàng)電池制造方面的重大突破——通過(guò)在有紋理的硅上“催長(zhǎng)”鈣鈦礦，多倫多大學(xué)和阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的研究人員們開(kāi)發(fā)出高效、穩(wěn)定的雙疊層太陽(yáng)能電池。

以往，寬帶隙鈣鈦礦可以通過(guò)形成串聯(lián)電池來(lái)提高硅太陽(yáng)能電池的效率，但是通常鈣鈦礦必須在硅電池的光滑面上生長(zhǎng)，因?yàn)樵诖植诘墓獠东@面上生長(zhǎng)的材料通常不能完全覆蓋硅酸鹽電池。硅表面及其粗糙的紋理易于相分離。

而這次，研究人員們用帶隙約為1.68電子伏特的鈣鈦礦“生長(zhǎng)”出厚膜，并使用鈍化劑1-丁硫醇限制了其相互分離。

整體來(lái)看，這些綜合的增強(qiáng)功能，使鈣鈦礦硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的獨(dú)立認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了25.7%。這些器件在85°C下進(jìn)行400小時(shí)的熱穩(wěn)定性測(cè)試后，以及在40°C下在最大功率點(diǎn)跟蹤400小時(shí)后，其性能幾乎沒(méi)出現(xiàn)衰減。

這將意味著，可以充分利用鈣鈦礦技術(shù)迄今取得的巨大進(jìn)步，將性能更好、成本更低的光伏發(fā)電板推向市場(chǎng)。

采用特殊方式“堆疊”后的太陽(yáng)能電池形成了雙結(jié)膜，這有可能克服光伏電池的單結(jié)Shockley-Queisser極限。固溶鈣鈦礦的快速發(fā)展，讓鈣鈦礦單結(jié)的效率超過(guò)了20%。但是，此前該工藝尚未能夠與行業(yè)相關(guān)的紋理化晶體硅太陽(yáng)能電池進(jìn)行單片集成。

在他們的研究中，研究人員揭秘了將溶液處理的微米級(jí)鈣鈦礦頂部電池與完全紋理化的硅異質(zhì)結(jié)底部電池相結(jié)合的雙相電池。

具體而言，為了克服微米級(jí)鈣鈦礦中電荷收集的挑戰(zhàn)，研究人員將硅錐體底部的耗盡寬度增加了3倍，這使其高到足以覆蓋用于標(biāo)準(zhǔn)硅晶片的金字塔結(jié)構(gòu)。研究小組發(fā)現(xiàn)，凹處的鈣鈦礦會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)，該電場(chǎng)將鈣鈦礦層中產(chǎn)生的電子與硅層中產(chǎn)生的電子分開(kāi)。

此外，他們通過(guò)將自限鈍化劑(1-丁硫醇)制成的“鈍化層”覆蓋在了鈣鈦礦表面上，從而增加了擴(kuò)散長(zhǎng)度并進(jìn)一步抑制了相偏析，加強(qiáng)了電荷分離。

研究團(tuán)隊(duì)表示，他們將繼續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)，包括將穩(wěn)定性提高到行業(yè)基準(zhǔn)要求的1000個(gè)小時(shí)。相信再過(guò)幾年到幾十年，當(dāng)人類(lèi)利用太陽(yáng)能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無(wú)窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。