前沿科技:分层太阳能电池技术提高了效率和价格

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太阳能的未来越来越光明。来自科罗拉多大学博尔德分校的研究人员通过分层电池和使用独特的元素组合，创造了一种低成本的太阳能电池，它是迄今为止能量转换效率最高的电池之一。

化学与生物工程学院教授、一篇明天将发表在《科学》(Science)杂志上的论文的作者之一迈克尔·麦基(Michael McGehee)说，“我们开发了一种产品，它为一个年销售额300亿美元的产业做出了贡献，我们把它提高了30%。”“这是一件大事。”

研究钙钛矿的太阳能电池,晶体结构的设计收获更高的能源光子,并分层的硅太阳能电池,捕捉更多的光子的红外光谱的一部分是由辐射能,我们无法看到,但我们能感觉到热。钙钛矿将21%的硅太阳能电池的效率提高到27%，提高了三分之一。

多年来，硅太阳能电池一直是太阳能行业的标准。但目前的硅基电池平均只能将18%到21%的太阳能转化为可用的电能，最高可达26.6%。

“这意味着现在安装电池的成本比购买电池的成本要高，”McGehee说，他是可再生能源研究中心的一名成员。可持续能源研究所。

太阳能电池板的平均效率低于最高效率，因为无论一个人有多好，小太阳能电池，它将失去约3个百分点时，适用于一个大的电池板-就像一个体育队，只有一样好，其平均球员。但是如果你能提高整体效率，你就不需要安装那么多的面板来获得同样多的能量。

显著提高效率的是在现有的太阳能电池上再加一块太阳能电池——这正是McGehee和他的同事们所做的。

便宜的秘密配方

这并不是研究人员第一次将太阳能电池分层以提高效率。这一概念，也被称为串联或多结太阳能电池，在20世纪70年代首次被引入，而太阳能电池效率的世界纪录已经超过了45%。然而，它付出了高昂的代价:每平方米8万美元，因为这些细胞一次只能生长一层原子，形成一个大的单晶。这可能不是普通房主或企业能够承受的成本。

McGehee和他的同事是层状太阳能电池新方向的先行者，使用钙钛矿，成本低了100多倍。

他们在不到10年前就开始在硅的基础上使用更便宜的材料，一开始只实现了大约13%的效率。但通过技术进步，他们已经能够使这个数字翻一番。

他们的秘密配方包括一种独特的三卤代合金，由氯、溴和碘组成。

在太阳能电池中，有一个理想的带隙，根据McGehee。这是半导体中能级之间的空间，电子在能级之间跳跃并产生电能。

溴可以提高这一带隙，但当与碘一起使用并暴露在阳光下时，这些元素并不总是保持不变。以前的研究曾尝试同时使用氯和碘，但由于这些元素的颗粒大小不同，没有足够的氯可以适合钙钛矿的晶体结构。但通过使用不同数量的氯、溴和碘，研究人员找到了一种缩小晶体结构的方法，让更多的氯适应于稳定和提高细胞的效率。

钙钛矿也很便宜，不需要消耗大量能量，在实验室里也很容易制造。即使经过1000小时，也就是近42天的强化光和热测试，这些新型太阳能电池的初始效率也只有很小的变化。

随着太阳能市场以每年约30%的速度增长，效率、成本和寿命是新技术成为主流的主要考虑因素。

McGehee对这种宽禁带、层状钙钛矿太阳能电池的潜力持乐观态度。

现在，它不仅已经超过了纯硅太阳能电池的最高效率，“我们相信它可以使我们的效率超过30%，而且它可以是稳定的，”McGehee说。