效率創新高的鈣鈦礦太陽能電池

用日益普及的廉價材料鈣鈦礦制成的一款太陽能電池將於明年上市。物理學傢組織網9日報道稱,這種電池捕獲太陽能的平均效率在20%左右。近日《自然·材料》雜志上的一篇論文,詳細報告瞭美國加利福尼亞大學伯克利分校與勞倫斯伯克利國傢實驗室科學傢們的新設計,其實現瞭18.4%—21.7%的平均穩態效率,以及26%的峰值效率。這些數字創造瞭鈣鈦礦太陽能電池的新記錄。

效率創新高的鈣鈦礦太陽能電池

鈣鈦礦太陽能電池由有機分子和無機元素混合制成,能像常見的矽基太陽能電池一樣捕獲太陽光並轉化成電,但鈣鈦礦光伏器件比矽更容易制造於柔性基板上。目前,市場上為絕大多數設備和傢庭供電的多晶矽太陽能電池轉化效率在10%—20%之間。雖然最純凈矽太陽能電池效率能達到25%,但造價異常昂貴。

鈣鈦礦太陽能電池取得如此成就有賴於一種新的方法,它將兩種鈣鈦礦太陽能電池材料組合在一起。研究人員描述說,新方法制造出來的太陽能電池結構有點像汽車道路,石墨烯氣凝膠像堅固的碎石底層那樣起到基礎穩固作用,兩個鈣鈦礦層像沉積在其上的更細的礫石層和砂層,六方氮化硼層能允許兩種鈣鈦礦材料一起工作,而氮化鎵層就像用於道路頂部的瀝青層。每一種輪流吸收太陽光中的不同波長或顏色,進而融合成幾乎能吸收整個可見光光譜的“分級帶隙”太陽能電池。此前嘗試合並兩種鈣鈦礦材料失敗的原因,是由於彼此降低瞭對方的電子性能,而新方法成功解決瞭這個難題。

論文第一作者奧努爾·俄基恩說:“它有潛力成為市場上最便宜的光伏發電設備,可以接入任何傢庭太陽能系統。”

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