鉅大LARGE | 點擊量：717次 | 2021年03月02日
太陽能電池性能得到提升！
我們都知道，太陽能是光能的主要獲取源頭。硅太陽能電池板可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，常規(guī)串聯(lián)太陽能電池可以通過吸收額外波長的光轉(zhuǎn)化為電能，且相較于前者更加有效。
不僅如此，研究人員已經(jīng)意識到，使用雙面串聯(lián)配置，即利用傳統(tǒng)硅基層和鈣鈦礦制成的另一層“串聯(lián)”組合的新系統(tǒng)，可以搜集到更多的能量，還可以捕獲許多原本浪費的、從地面反射和散射的光（稱為“反照率”）來顯著增加串聯(lián)太陽能電池的電流。
2021年1月11日，國際合作組織（包括阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）和U.T工程學(xué)院的研究人員）在《自然能源》雜志上發(fā)表了一篇名為《基于帶隙工程的高效鈣鈦礦/硅雙層單片太陽能電池》（Efficientbifacialmonolithicperovskite/silicontandemsolarcellsviabandgapengineering）的論文。
論文概述了該團隊設(shè)計鈣鈦礦/硅設(shè)備，并超過目前公認的串聯(lián)配置性能極限的全部過程。
團隊成員各司其職、通力合作，共同完成了該研究。其中，MicheleDeBastiani博士提出了研究設(shè)想，并和AlessandroJ.Mirabelli一起制造了器件。
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多倫多大學(xué)電子和計算機工程博士后研究員YiHou、BinChen和AnandS.Subbiah開發(fā)了鈣鈦礦帶隙，ErkanAydin和FurkanH.Isikgor開發(fā)了串聯(lián)頂部接觸和布局。
這項研究得出了雙面單片鈣鈦礦/硅串列太陽能電池利用環(huán)境中的漫反射光反照率，使其性能優(yōu)于單面鈣鈦礦/硅串列太陽能電池的結(jié)論。該研究團隊首先報告了在單面AM1.5G陽光的照射下，經(jīng)認證的功率轉(zhuǎn)換效率大于25%的雙面串聯(lián)在戶外測試下，其發(fā)電密度高達26mWcm-2的結(jié)果。
同時，研究人員研究了在各種真實光照和反照率條件下獲得最佳電流匹配所需的鈣鈦礦帶隙，比較了暴露在不同反照率下的這些雙面柱的性質(zhì)，并提供了兩個具有不同環(huán)境條件的位置的能量產(chǎn)額計算。
最后，該團隊比較了單面和雙面鈣鈦礦/硅串列的室外試驗場，以證明串聯(lián)雙面性對于具有實際相關(guān)反照率的位置的附加值。
新的雙面串聯(lián)太陽能電池的主體由硅層和鈣鈦礦層構(gòu)成。同時，它們還結(jié)合了許多其他化合物。StefaanDeWolf教授說：“串聯(lián)裝置的復(fù)雜性是主要的挑戰(zhàn)。這之中涉及十四種材料，其中每一種材料都必須進行完美優(yōu)化以考慮反照率的影響?！?/p>
這項研究的共同主要作者MicheleDeBastiani博士說：“通過利用反照率，我們現(xiàn)在可以產(chǎn)生比常規(guī)雙極膜更高的電流，且完全不增加制造成本?！痹撗芯康淖髡甙ǘ鄠惗啻髮W(xué)電子和計算機工程專業(yè)教授TedSargent和博士后研究員YiHou。
過去，研究人員對捕獲間接陽光的潛力已經(jīng)進行了研究，但尚未通過實驗驗證。除工程技術(shù)大學(xué)外，阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）的研究人員還和卡爾斯魯厄理工學(xué)院以及博洛尼亞大學(xué)的合作者合作，解決了將間接陽光納入其模塊的能量收集的能力所需的科學(xué)和工程挑戰(zhàn)。
然后，在室外條件下，他們測試了雙面串聯(lián)太陽能電池，并實現(xiàn)超出任何商用硅太陽能電池板的效率。
“僅雙面硅太陽能電池在光伏市場中的份額就迅速增加，因為它們可以帶來20％的相對性能提升。在鈣鈦礦/硅錫烷中使用該方法能夠比傳統(tǒng)硅太陽能電池的發(fā)電效率更高，且可以降低原料的成本?！盨tefaanDeWolf教授總結(jié)說。DeWolf和他的同事與加拿大、德國和意大利的研究小組合作開發(fā)了此項技術(shù)。
在論文結(jié)論中，研究人員通過實驗證明了如何利用雙面性來提高鈣鈦礦/c-Si整體結(jié)構(gòu)的性能。由于采用了較窄的鈣鈦礦帶隙，具有透明背電極的器件結(jié)構(gòu)依賴于反照率來增強底部電池中的電流產(chǎn)生，同時增強鈣鈦礦頂部電池中的電流產(chǎn)生。
這種匹配是針對1.59-1.62ev帶隙鈣鈦礦實現(xiàn)的，其中溴含量與單面鈣鈦礦/c-Si串聯(lián)中的溴含量相比最小，從而大大降低了與鹵化物偏析相關(guān)的穩(wěn)定性問題。該團隊在田間試驗中評估了雙面串聯(lián)的性能，并預(yù)測了不同氣候條件下雙面和單面串聯(lián)結(jié)構(gòu)的能量產(chǎn)額。
在這兩種情況下，雙面串聯(lián)優(yōu)于單面配置，這驗證了這項技術(shù)的前景。這項工作展示了一種新的高效太陽能電池的潛力，它可以使用一種高性能但價格合理的技術(shù)來縮小與30mwcm–2PGD勢壘的差距。
從這里開始，進一步提高設(shè)備性能并擴大技術(shù)規(guī)模，是使這項技術(shù)更接近光伏市場的下一個合理步驟。
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院光伏實驗室主任克里斯托弗巴利夫教授（ChristopheBallif教授）沒有參與研究。他評論說：“本文首次通過實驗清楚地證明了雙面串聯(lián)裝置的證據(jù)。研究人員報告的性能定量分析對于制造該技術(shù)進入大眾市場所需的穩(wěn)定設(shè)備非常重要?！?/p>
