太陽(yáng)能電池結合這兩種材料，效率提升至25.2%

 光伏技術(shù)市場(chǎng)上，經(jīng)過(guò)幾十年研究投資的硅太陽(yáng)能電池占據 90% 江山，但也已接近其理論極限效率。想讓市場(chǎng)成本持續下降，就必須提出更創(chuàng )新的材料，比如最近瑞士科學(xué)家帶來(lái)硅與鈣鈦礦相結合的太陽(yáng)能電池，將效率再提升至 25.2%。

硅是太陽(yáng)能電池首選材料，價(jià)格低廉、穩定且高效，目前市場(chǎng)典型的硅太陽(yáng)能電池效率已達 20～22%──但也接近極限，沒(méi)有更多發(fā)展空間。想讓太陽(yáng)能電池更上一層樓，要不長(cháng)江后浪推前浪尋求替代品，要不如同老屋新建，將硅結合其他材料以帶來(lái)新氣象。

近年來(lái)，鈣鈦礦的獨特性質(zhì)促使科學(xué)家大量研究其在太陽(yáng)能電池方面的應用潛力，9 年內，鈣鈦礦電池效率大幅提升 6 倍，從 2009 年以 3.8% 效率運作幾分鐘，到現在最好的鈣鈦礦電池擁有 22.7% 效率，并能在嚴苛測試條件下運作數千小時(shí)。

來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）與瑞士電子和微技術(shù)中心（CSEM）的科學(xué)家試著(zhù)截長(cháng)補短，將各具優(yōu)勢的硅與鈣鈦礦結合制成串聯(lián)電池──鈣鈦礦負責將綠光、藍光轉換為電能，硅則負責紅光、近紅外光。

結合這兩種材料，我們將能最大限度利用不同波段的太陽(yáng)光并增加電池發(fā)電量，該團隊的新型硅-鈣鈦礦太陽(yáng)能電池已帶來(lái) 25.2% 效率，研究主要作者 Florent Sahli 及Jérémie Werner 表示，30% 效率很快就能實(shí)現。

不過(guò)迭加兩種材料來(lái)創(chuàng )建有效串聯(lián)結構也不容易，由于硅表層有如由無(wú)數“金字塔”組成，用來(lái)捕捉光線(xiàn)并防止其反射，但這種表面紋理使得鈣鈦礦薄膜難以沉積均勻，當鈣鈦礦以液體形式沉積時(shí)，常常會(huì )積聚在金字塔之間的“山谷”，山峰則未被覆蓋，導致短路問(wèn)題出現；如果磨平金字塔，又會(huì )降低其光學(xué)性能。

硅表層像一片“金字塔”。（Source：洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院）

為了解決障礙，團隊改使用蒸發(fā)法（evaporation method）形成無(wú)機基底層來(lái)完全覆蓋金字塔，再利用旋涂法（spin-coating）添加有機溶液，使其滲入基底層的多孔結構中，最后將襯底加熱至 150°C，從而在金字塔頂部形成均勻的鈣鈦礦薄膜。

聽(tīng)起來(lái)又麻煩又復雜，但研究人員說(shuō)其實(shí)很簡(jiǎn)單，幾個(gè)額外步驟就能和現有單晶硅生產(chǎn)線(xiàn)兼容，開(kāi)始供應串聯(lián)電池，制造成本又不會(huì )過(guò)高，制造商不需建設全新廠(chǎng)房，只要稍微更新一下既有硅晶電池生產(chǎn)線(xiàn)即可。