三結(jié)鈣鈦礦光伏電池效率創(chuàng)新高

加拿大科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)研制出一種光電轉(zhuǎn)化效率創(chuàng)紀(jì)錄(約為24%左右)的三結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，朝著開(kāi)發(fā)出硅基太陽(yáng)能電池廉價(jià)替代品的目標(biāo)邁進(jìn)了一大步。相關(guān)研究刊發(fā)于《自然》雜志。

太陽(yáng)能電池大部分由超純硅單晶片制成，生產(chǎn)超純硅需要耗費(fèi)大量能源，而鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由鈣鈦礦多晶薄膜制成，這些薄膜通過(guò)類(lèi)似于印刷業(yè)使用的低成本溶液處理技術(shù)涂覆于材料表面。通過(guò)改變這些薄膜中鈣鈦礦晶體的組成，每一層能吸收不同波長(zhǎng)的光，從而有效利用整個(gè)太陽(yáng)光譜，而硅總是吸收相同波長(zhǎng)的光。一般而言，鈣鈦礦頂層吸收波長(zhǎng)較短的光，中間層吸收中等波長(zhǎng)的光，底層吸收更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。

研究團(tuán)隊(duì)首先使用了名為ABX3的鈣鈦礦材料，其由銫、鉛、錫、碘、溴等混合制成，頂層由混合鹵化物鈣鈦礦組成，具有高比例的溴和碘。研究人員表示，高頻光子的轟擊會(huì)導(dǎo)致頂層富含溴的相與富含碘的相分離，從而使缺陷變多并導(dǎo)致整體性能下降。

鑒于此，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了兩方面的改進(jìn):去除有機(jī)分子形成全無(wú)機(jī)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，引入銣元素。他們表示，銣的引入抑制了光誘導(dǎo)的相分離問(wèn)題，得到的銣/銫混合無(wú)機(jī)鈣鈦礦擁有更好的光穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，他們?cè)O(shè)計(jì)并建造了一個(gè)三結(jié)鈣鈦礦電池，在3.21伏的開(kāi)路電壓下測(cè)得其效率為24.3%，而國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室測(cè)得23.3%的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)效率。

研究負(fù)責(zé)人泰德·薩金特教授指出，此前三結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最高效率約為20%。而且，此前的同類(lèi)電池往往工作幾小時(shí)就會(huì)失去很多性能，而新電池即使運(yùn)行420小時(shí)后仍保持80%的初始效率，在耐用性方面也是一大進(jìn)步。