硅鈣鈦礦太陽能電池即將徹底改變發(fā)電效率 2023-07-13
傳統(tǒng)太陽能電池基于硅半導體化合物已知其將太陽光轉化為電能的理論最大效率為 29%。 然而，通過將第二鈣鈦礦層合并到基礎硅層上，太陽能電池有可能在不久的將來超越這個效率閾值。
鈣鈦礦是一類與鈣鈦氧化物礦物具有相同晶體結構的化合物。 這種高度靈活的材料可用于多種應用，包括超聲波機器、存儲芯片和發(fā)電太陽能電池。 最近的研究表明，鈣鈦礦可能是推動太陽能電池行業(yè)發(fā)電效率達到新水平的“秘密武器”。
目前的太陽能電池技術正在迅速接近其最高效率水平，但仍達不到太陽能作為應對全球變暖的重要緩解因素所需的水平。 科學家表示，效率必須超過 30%，且新太陽能電池板的安裝率必須比目前的采用水平提高十倍。
通過在硅基底上添加額外的鈣鈦礦層（兩者都具有半導體特性），可以增強從陽光中捕獲的能量。 硅層捕獲紅光中的電子，而鈣鈦礦層捕獲藍光。 能量吸收能力的提高將導致太陽能整體價格的降低，從而加快太陽能電池板的部署和采用。
科學家們花費數(shù)年時間開發(fā)高效的硅鈣鈦礦太陽能電池技術，2023 年似乎將標志著該領域的一個重要里程碑。 最近的研究進展已成功將硅-鈣鈦礦串聯(lián)電池的效率提高到 30% 以上。 進展速度如此之快，以至于這項技術很快就會在商用產(chǎn)品中展示其增強的功能。
沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學材料科學與工程教授 Stefaan De Wolf 認為，2023 年太陽能電池技術領域將帶來重大進展。 De Wolf 的團隊已經(jīng)在硅鈣鈦礦太陽能電池中實現(xiàn)了 33.7% 的效率水平，但他們的工作細節(jié)仍需要在科學期刊上發(fā)表。
另一個由德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心的 Steve [**]lbrecht 領導的研究小組最近發(fā)表了一項關于串聯(lián)硅鈣鈦礦電池的研究，該電池可以實現(xiàn)高達 32.5% 的功率轉換效率。 由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院的 Xin Yu Chin 領導的第三個小組已經(jīng)證明，串聯(lián)電池的效率達到 31.25%，具有“高效率和低制造成本的潛力”。
De Wolf 表示，超過 30% 的能源門檻將增強人們對“高性能、低成本光伏發(fā)電可以推向市場”的信心。 到 2022 年，太陽能發(fā)電容量將達到 1.2 太瓦 (TW)，到 2050 年必須增加到至少 75 太瓦，才能緩解全球變暖和溫室氣體排放帶來的最災難性的情況。
商業(yè)領域正在積極致力于提高太陽能電池的效率。 中國最大的制造商（隆基股份）在實驗室中已經(jīng)達到了 33.5% 的效率。 下一步涉及將高效硅鈣鈦礦串聯(lián)電池的尺寸從實驗條件（1 平方厘米）擴大到商業(yè)級特征（15 平方厘米）。 De Wolf對實現(xiàn)這一目標充滿信心。