基于帶隙工程的高效鈣鈦礦/硅雙層單片太陽能電池示意圖。圖片來源：《自然·能源》在線版

據英國《自然·能源》雜志近日發表的最新研究，一組國際聯合團隊報告成功制造了鈣鈦礦/硅雙層單片電池。在室外條件下，雙面串聯太陽能電池實現超出任何商用硅太陽能電池板的效率。這也是首次通過實驗清晰證明了雙面串聯裝置效能優越的證據。

鈣鈦礦太陽能電池，是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的第三代太陽能電池，具有成本低廉、光電轉換效率高、商業潛力巨大等讓人無法忽視的特點。

此次研究團隊分析了在各種真實光照和反照率條件下，想要獲得最佳電流匹配所需的鈣鈦礦帶隙。研究中新的雙面串聯太陽能電池，其主體由硅層和鈣鈦礦層構成，同時還結合了許多其他化合物，由于最終采用了較窄的鈣鈦礦帶隙，具有透明背電極的器件結構依賴于反照率來增強底部電池中的電流產生，增強了鈣鈦礦頂部電池中的電流產生。

團隊進而首次報告了在單面AM1.5G（太陽能轉換系統標準測試的參考光譜）陽光的照射下，經認證的功率轉換效率大于25%的雙面串聯配置，在戶外實驗場下，發電密度高達26mWcm-2的結果。對暴露在不同反照率下的性能進行比較后，研究團隊得出了雙面單片鈣鈦礦/硅串列太陽能電池利用環境中的漫反射光反照率，其性能優于單面鈣鈦礦/硅串列太陽能電池的結論。

研究人員表示，串聯裝置的復雜性，正是這次最主要的挑戰，此次研究涉及14種材料，其中每一種材料都必須進行所謂“完美優化”。

盡管常規串聯的太陽能電池也可以通過吸收額外波長的光轉化為電能，但此次科學家們證明：使用雙面串聯配置，可以超過目前公認的串聯配置的性能極限。這種利用傳統硅基層和鈣鈦礦制成的另一層串聯組合的新系統，不但可以搜集到更多的能量，還可以捕獲許多原本被浪費掉的、從地面反射和散射的光，前所未有地增加串聯太陽能電池的效能。

作者：張夢然 來源：科技日報 責任編輯：jianping