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| 鈣鈦礦氧化物可將硅基太陽能電池板的轉化效率提高50% |
| 來源：中國粉體技術網 更新時間：2015-01-27 14:10:22 瀏覽次數： |
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（中國粉體技術網/班建偉）斯坦福大學科學家的最新一項研究顯示，將鈣鈦礦氧化物堆垛于傳統太陽能電池板上可以極大提高太陽能電池板的總體性能。研究者們將這種新型鈣鈦礦氧化物-硅基太陽能電池板成果發布在上周的《Energy & Environmental Science》期刊上。
鈣鈦礦太陽能電池板截面圖
提高效率的一種經濟性方法就是將兩種材料串聯起來做成組件，其中一種材料是硅基材料，另一種可以是比較便宜的其他光伏材料，他說。
“制造這種低成本的串聯組件是非?？扇〉?，” McGehee說。“你只要將一個太陽能電池板覆在另一個上面，你所得到的轉化率將高于它們兩者單獨的轉化率。從經濟性角度看，用硅基材料作太陽能電池板的底部部分是個很有效的方法。但我們一直沒有找到合適的材料作頂部部分，直到最近鈣鈦礦氧化物的出現。”
鈣鈦礦氧化物是一種便宜又很容易在實驗室中制取的晶體材料。2009年，科學家向世人展示由鉛、碘化物和甲基銨組成的鈣鈦礦氧化物，這種材料能夠以3.8%的轉化率將太陽光轉化為電能。從那以后，研究者一度將其轉化率提高到了約20%，能夠跟商業化使用的硅基太陽能電池板媲美，從而引起了太陽能電池板生產商的廣泛關注。
“我們的目標是影響全球已有的硅基材料工廠，”研究報告聯合撰稿人，斯坦福大學研究生Colin Bailie說道。“使用兩種材料的串聯組件，你就無需再投資數十億美元建設新工廠。你可以繼續生產硅基元件，然后在其上面加一層成本相對低廉的鈣鈦礦氧化物。”
從光到電
太陽能電池板將太陽光中的光子轉化成能夠在電極間傳遞的電流。硅基太陽能電池板可以吸收可見光和紅外光的光子并將其轉化為電流，而鈣鈦礦氧化物只吸收太陽光譜中的可見光部分，這部分的光子能量更大。
“與硅基電池板相比，鈣鈦礦氧化物電池板因為只吸收光譜中高能量部分的光子，使得其單位可見光的光子產生的電力更大，” Bailie說。
制造有效的鈣鈦礦氧化物-硅串聯組件最主要的障礙就是光板欠缺透光性。“科林必須想辦法把一個透明電極安裝在電池板的上部，這樣光子就可以透過鈣鈦礦氧化物并能夠被底部的硅層吸收，”麥吉說。“還沒有人制造出配有2個透明電極的鈣鈦礦氧化物太陽能電池板。”
鈣鈦礦氧化物在高溫下極易遭到破壞，同時它也易溶于水。這些內在不穩定性幾乎使得所有現有傳統技術手段都無法將電極安裝在鈣鈦礦氧化物電池板上，所以Bailie選擇手動去做。
“我們使用一個塑料板，上面有納米銀線，”他說。“然后我們利用一個工具加壓讓納米銀線貼合在鈣鈦礦氧化物太陽能電池板上，就像是一個紋身貼。接下來你只需要揉搓就可以移出膠膜了。”
效率驚人
根據實驗，斯坦福大學研究小組將一個轉換率為12.7%的鈣鈦礦氧化物太陽能電池板安放在轉化率只有11.4%的低品質多晶硅太陽能電池板上，實驗結果驚人。
“通過串聯鈣鈦礦氧化物的形式，我們將硅基太陽能電池板的效率從11.4%提高到17%，效率相對提高了接近50%，”麥吉說。“這一能效的大幅提高重新定義了低品質硅基太陽能電池板的商業價值。”
在另一個實驗中，研究小組用銅銦鎵硒化物（CIGS）做的電池板代替硅基太陽能電池板。然后研究者們將轉換率為12.7%的鈣鈦礦氧化物太陽能電池板安放在轉化率為17%的CIGS電池板上。串聯后的總轉化率達到了18.6%。
“由于幾乎所有鈣鈦礦氧化物太陽能電池板都可以通過溶液沉積制得，所以可以在幾乎不增加成本的情況下將傳統太陽能電池板升級為高性能串聯式的電池板，”作者們寫道。
不過鈣鈦礦氧化物的長期穩定性還是一個待解決的問題，McGehee補充說。“硅就是巖石，”他說，“你可以把它加熱到600華氏攝氏度，讓它在陽光下照射25年，而什么問題都沒有。但是如果你讓鈣鈦礦氧化物接觸水或暴露在光下，它可能會降解。我們有一種方法可以讓鈣鈦礦氧化物太陽能電池板穩定使用25年。我的目標是制造出轉化率達到25%的低成本串聯式電池板，這才是光伏公司值得興奮的事情。在未來5到10年，我們甚至可能達到30%的轉化率。”
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