牛津光伏生產的效率達到28.6%的光伏電池。圖片來源：牛津光伏

一種新型太陽能電池打破了硅基電池效率的理論極限，使我們能夠從陽光中獲得更多能量。

目前，幾乎所有商用太陽能電池都是由硅制成的。硅基電池只能將窄頻帶的光轉化為電能，超出或低于該范圍太多的光要么直接通過，要么作為熱量散失，這導致硅基電池的理論效率極限約為29.4%。

理論上，如果在硅層的頂部堆疊一種將其他頻段范圍的光轉化為電能的材料，這個極限可能會提高。鈣鈦礦就是非常適合的材料，因為它更善于吸收接近紅外光譜的光。但事實證明，要高效利用它很困難，因為“任性”的電子在轉化為電流之前就被重新吸收到晶體中了。

而現在，兩個研究小組找到了讓鈣鈦礦與硅適配，實現更高效率的方法。

瑞士洛桑聯邦理工學院的Xin-Yu Chin和同事通過兩步法使硅和鈣鈦礦協同工作。他們先在硅基電池上涂一層緊密貼合的前體，然后再加入第二層化學品，使其與前體反應形成鈣鈦礦，設備效率達31.2%。

Chin指出，這一過程減少了硅-鈣鈦礦界面的缺陷，從而增加了可用于產生電流的電子數量。

在另一項研究中，德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心的Silvia Mariotti和同事將液態哌嗪二氫碘酸鹽注入鈣鈦礦層，也能減少“任性”的電子，效率達32.5%。

上述兩項研究近日發表于《科學》。

“效率驚人。”英國劍橋大學的Kyle Frohna說，然而這樣的效率實現僅限于比商業用途所需尺寸小得多的太陽能電池。

5月，英國鈣鈦礦太陽能電池公司牛津光伏證明了鈣鈦礦硅串聯電池可以大規模生產，盡管其效率為28.6%，略低于上述效率。

“如果能大規模生產這種產品就太棒了，唯一需要注意的是，要確保它們能夠穩定、持續地產生電能。”Frohna說。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.adg0091

https://doi.org/10.1126/science.adf5872

《中國科學報》 (2023-07-12 第3版 領域)