新型太阳能电池挑战效率理论极限

牛津光伏生产的效率达到28.6%的光伏电池。图片来源：牛津光伏

一种新型太阳能电池打破了硅基电池效率的理论极限，使我们能够从阳光中获得更多能量。

目前，几乎所有商用太阳能电池都是由硅制成的。硅基电池只能将窄频带的光转化为电能，超出或低于该范围太多的光要么直接通过，要么作为热量散失，这导致硅基电池的理论效率极限约为29.4%。

理论上，如果在硅层的顶部堆叠一种将其他频段范围的光转化为电能的材料，这个极限可能会提高。钙钛矿就是非常适合的材料，因为它更善于吸收接近红外光谱的光。但事实证明，要高效利用它很困难，因为“任性”的电子在转化为电流之前就被重新吸收到晶体中了。

而现在，两个研究小组找到了让钙钛矿与硅适配，实现更高效率的方法。

瑞士洛桑联邦理工学院的Xin-Yu Chin和同事通过两步法使硅和钙钛矿协同工作。他们先在硅基电池上涂一层紧密贴合的前体，然后再加入第二层化学品，使其与前体反应形成钙钛矿，设备效率达31.2%。

Chin指出，这一过程减少了硅-钙钛矿界面的缺陷，从而增加了可用于产生电流的电子数量。

在另一项研究中，德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心的Silvia Mariotti和同事将液态哌嗪二氢碘酸盐注入钙钛矿层，也能减少“任性”的电子，效率达32.5%。

上述两项研究近日发表于《科学》。

“效率惊人。”英国剑桥大学的Kyle Frohna说，然而这样的效率实现仅限于比商业用途所需尺寸小得多的太阳能电池。

5月，英国钙钛矿太阳能电池公司牛津光伏证明了钙钛矿硅串联电池可以大规模生产，尽管其效率为28.6%，略低于上述效率。

“如果能大规模生产这种产品就太棒了，唯一需要注意的是，要确保它们能够稳定、持续地产生电能。”Frohna说。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adg0091

https://doi.org/10.1126/science.adf5872

《中国科学报》 (2023-07-12 第3版 领域)