太陽能電池結(jié)合這兩種材料，效率提升至25.2%

 光伏技術(shù)市場上，經(jīng)過幾十年研究投資的硅太陽能電池占據(jù) 90% 江山，但也已接近其理論極限效率。想讓市場成本持續(xù)下降，就必須提出更創(chuàng)新的材料，比如最近瑞士科學(xué)家?guī)砉枧c鈣鈦礦相結(jié)合的太陽能電池，將效率再提升至 25.2%。

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

近年來，鈣鈦礦的獨(dú)特性質(zhì)促使科學(xué)家大量研究其在太陽能電池方面的應(yīng)用潛力，9 年內(nèi)，鈣鈦礦電池效率大幅提升 6 倍，從 2009 年以 3.8% 效率運(yùn)作幾分鐘，到現(xiàn)在最好的鈣鈦礦電池?fù)碛?22.7% 效率，并能在嚴(yán)苛測試條件下運(yùn)作數(shù)千小時(shí)。

來自瑞士洛桑聯(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)家試著截長補(bǔ)短，將各具優(yōu)勢的硅與鈣鈦礦結(jié)合制成串聯(lián)電池──鈣鈦礦負(fù)責(zé)將綠光、藍(lán)光轉(zhuǎn)換為電能，硅則負(fù)責(zé)紅光、近紅外光。

結(jié)合這兩種材料，我們將能最大限度利用不同波段的太陽光并增加電池發(fā)電量，該團(tuán)隊(duì)的新型硅-鈣鈦礦太陽能電池已帶來 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(xiàn)。

不過迭加兩種材料來創(chuàng)建有效串聯(lián)結(jié)構(gòu)也不容易，由于硅表層有如由無數(shù)“金字塔”組成，用來捕捉光線并防止其反射，但這種表面紋理使得鈣鈦礦薄膜難以沉積均勻，當(dāng)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(dǎo)致短路問題出現(xiàn)；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(tuán)隊(duì)改使用蒸發(fā)法（evaporation method）形成無機(jī)基底層來完全覆蓋金字塔，再利用旋涂法（spin-coating）添加有機(jī)溶液，使其滲入基底層的多孔結(jié)構(gòu)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。

聽起來又麻煩又復(fù)雜，但研究人員說其實(shí)很簡單，幾個(gè)額外步驟就能和現(xiàn)有單晶硅生產(chǎn)線兼容，開始供應(yīng)串聯(lián)電池，制造成本又不會(huì)過高，制造商不需建設(shè)全新廠房，只要稍微更新一下既有硅晶電池生產(chǎn)線即可。