太陽能電池(solar cell)已經(jīng)出現(xiàn)許多年了，但至今尚未能對(duì)于整體電力生產(chǎn)帶來重大貢獻(xiàn)。近年來，太陽能電廠雖然如雨后春筍般涌現(xiàn)，但可能造成環(huán)境污染的化石燃料仍然占據(jù)主導(dǎo)地位。盡管如此，對(duì)于如何為太陽能電池提高能源效率和成本的研究仍在持續(xù)進(jìn)行中。uWZesmc
2018年7月，Imec和EnergyVille宣布共同開發(fā)的太陽能電池達(dá)到了27.1%的效率新高記錄。預(yù)計(jì)在本文發(fā)表之際，這項(xiàng)記錄可能還會(huì)有新的突破。事實(shí)上，根據(jù)Imec指出，研究人員采用鈣鈦礦搭配硅晶太陽能電池的方法，已經(jīng)達(dá)到30%的效率了。uWZesmc
鈣鈦礦是什么？
鈣鈦礦是一種與鈦酸鈣(calcium titanite)具有相同晶體結(jié)構(gòu)的材料。研究人員將鈣鈦礦材料配置于硅晶太陽能電池的頂部，藉由使硅的熱化損耗降至最低，同時(shí)從陽光中發(fā)電，從而提高了效率。Imec/Energyville研究員Manoj Jaysankar表示，「鈣鈦礦預(yù)計(jì)將成為目前硅晶太陽能電池的附加價(jià)值，它不但顯著提高了效率，而且僅增加了一點(diǎn)點(diǎn)的成本。」uWZesmc
「鈣鈦礦極具發(fā)展前景，因?yàn)樗哂袃?yōu)質(zhì)的電氣特性——就像硅(Si)或砷化鎵(GaAs)的表現(xiàn)一樣出色，加上它的材料成本低、太陽能電池的制造成本低，而且由于是一種薄膜技術(shù)，因而也可以在軟性基板上制造?！筂anoj并補(bǔ)充說：「盡管鈣鈦礦太陽能電池的電氣性能相當(dāng)于現(xiàn)有的太陽能電池技術(shù)，但我們并不希望它取代現(xiàn)有技術(shù)，而是期待它能在軟性、建筑物整合等新市場(chǎng)發(fā)揮作用?！?o:p>uWZesmc
研究人員使用自旋涂布技術(shù)——這只是幾種可能的技術(shù)之一——將液態(tài)鈣鈦礦材料沉積在基板上，此外，還使用了刮刀式涂布、點(diǎn)滑涂布和噴墨印刷等方法。為了達(dá)到27.1%的效率，研究人員在4 cm²的硅晶太陽能電池頂部添加了一個(gè)0.13cm²的自旋涂布鈣鈦礦電池。由于效率隨著電池尺寸的增加而降低，當(dāng)鈣鈦礦模塊尺寸增加4 cm²并置于4 cm²的硅晶電池上時(shí)，所測(cè)得的效率下降至25.3%。即使以這樣的尺寸來看，這種組合式太陽能電池的效率仍然超過獨(dú)立型的硅晶電池。uWZesmc
Imec研究人員打造了一個(gè)四端的太陽能電池，如圖1所示。頂部是鈣鈦礦太陽能電池，透過光學(xué)耦合至底下的硅晶電池，并分別提取來自兩個(gè)電池的電量。鈣鈦礦和硅晶的結(jié)合提高了整體轉(zhuǎn)換效率。根據(jù)Manoj表示，獨(dú)立型硅晶電池的效率為23%。此外，還有串聯(lián)太陽能電池的雙端版本，其中頂部和底部電池的電量可加以整合。雖然這確實(shí)減少了提取電量所需的電子組件數(shù)，但是由于一天中不同時(shí)間的可變光譜范圍，導(dǎo)致其產(chǎn)生的電量較低。采用四端配置的兩個(gè)電池則僅以光學(xué)方式連接。從這些和之前的研究結(jié)果來看，效率增益似乎更勝于太陽能電池及其電子裝置的額外增加的制造成本。uWZesmc
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圖1：Imec研究人員采用由鈣鈦礦(頂部)結(jié)合硅晶(底部)組成的太陽能電池。兩種電池之間透過光學(xué)耦合，帶來比單硅晶電池更高的電源轉(zhuǎn)換效率（來源：Imec）uWZesmc
