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第三代太阳能电池效率显著提升

发布时间:2021-02-19 13:41:18  |  来源:科技日报  |  作者: 张梦然  |  责任编辑:科学频道

基于带隙工程的高效钙钛矿/硅双层单片太阳能电池示意图。

图片来源:《自然·能源》在线版

科技日报北京2月18日电 (记者张梦然) 据英国《自然·能源》杂志近日发表的最新研究,一组国际联合团队报告成功制造了钙钛矿/硅双层单片电池。在室外条件下,双面串联太阳能电池实现超出任何商用硅太阳能电池板的效率。这也是首次通过实验清晰证明了双面串联装置效能优越的证据。

钙钛矿太阳能电池,是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池,具有成本低廉、光电转换效率高、商业潜力巨大等让人无法忽视的特点。

此次研究团队分析了在各种真实光照和反照率条件下,想要获得最佳电流匹配所需的钙钛矿带隙。研究中新的双面串联太阳能电池,其主体由硅层和钙钛矿层构成,同时还结合了许多其他化合物,由于最终采用了较窄的钙钛矿带隙,具有透明背电极的器件结构依赖于反照率来增强底部电池中的电流产生,增强了钙钛矿顶部电池中的电流产生。

团队进而首次报告了在单面AM1.5G(太阳能转换系统标准测试的参考光谱)阳光的照射下,经认证的功率转换效率大于25%的双面串联配置,在户外实验场下,发电密度高达26mWcm-2的结果。对暴露在不同反照率下的性能进行比较后,研究团队得出了双面单片钙钛矿/硅串列太阳能电池利用环境中的漫反射光反照率,其性能优于单面钙钛矿/硅串列太阳能电池的结论。

研究人员表示,串联装置的复杂性,正是这次最主要的挑战,此次研究涉及14种材料,其中每一种材料都必须进行所谓“完美优化”。

尽管常规串联的太阳能电池也可以通过吸收额外波长的光转化为电能,但此次科学家们证明:使用双面串联配置,可以超过目前公认的串联配置的性能极限。这种利用传统硅基层和钙钛矿制成的另一层串联组合的新系统,不但可以搜集到更多的能量,还可以捕获许多原本被浪费掉的、从地面反射和散射的光,前所未有地增加串联太阳能电池的效能。