陈根：材料的串联结合，突破单电池效率极限

文/陈根

长期以来，硅一直是太阳能电池的黄金标准，但现在它正开始达到极限。同时，钙钛矿已成为下一个具有潜力的太阳能材料。事实上，自从大约十年前钙钛矿突然出现在太阳能电池领域以来，它就以惊人的速度打破了太阳能电池的效率记录。其中，硅或钙钛矿的效率通常达到20%左右。

在这样的背景下，将硅与钙钛矿配对的串联太阳能电池则成为突破单电池效率极限的一个有希望的选择。就在五年前，串联式太阳能电池的最高效率为13.7%，两年前达到了25.2%，今年早些时候这项技术达到了27.7%。

现在，由柏林亥姆霍兹Zentrum Berlin（HZB）的科学家领导的一个团队成功地将串联硅钙钛矿太阳能电池的效率提高到29.15%。这已经接近30%的里程碑，离35%的理论极限也不再遥远。

之所以硅与钙钛矿配对的串联能取得优异的效果，是因为它们吸收不同波长的光——硅主要集中在光谱的红色和红外部分，而钙钛矿则擅长绿光和蓝光。

为了制造这种新的装置，研究小组从一种具有1.68ev禁带的钙钛矿化合物开始。随后，他们开发出了一种新的底物，其由基于咔唑的甲基取代分子制成，可以帮助电子更有效地流经电极。

目前，太阳能电池是在1平方厘米（0.2平方英寸）的样品中进行测试的，但是研究人员表示，将其扩大到更实际的尺寸应该是一件相对简单的事情。

事实上，29.15%的效率不仅是这项技术的记录，而且在NREL图表中处于整个新兴光伏类别的最顶端，此外，新型钙钛矿/硅串联电池的特点是在连续暴露于空气和模拟阳光下300多小时内性能稳定，而无需封装保护。

这一研究展示了太阳能电池未来的再一可能性，现在，这项描述这项新工作的研究成果已经发表在《Science》上。