屋顶瓦片正在成为过去式:如今，越来越多的瑞士屋顶拥有巨大的黑色和蓝色矩形，可以将阳光转化为电能。蓝色来自硅晶体，因为目前大多数可用的太阳能电池都是基于这种半导体材料。但是硅并不是制造太阳能电池的唯一方法，甚至可能不是最好的方法。
硅基光伏电池到目前为止已经非常完善，它们的效率已经达到了极限。尽管仍有几个百分点的改进空间，但单个硅电池效率的理论上限是33%。实际上，由于在电池的建造和运行过程中不可避免地会发生小的能量损失，因此它要低一些。
造成这种硬效率限制的原因在于硅的材料特性。所谓的材料带隙意味着只有具有一定能量的光子才能转化为电能。如果光子的能量太高，就不能被太阳能电池充分“利用”。
两层总比一层好
由其他材料制成的太阳能电池提供了一种克服这一限制的方法，Empa研究员范富说。薄膜和光伏实验室的组长正在研究由钙钛矿制成的高效太阳能电池。
一个单独的钙钛矿电池不能达到更高的效率，因为钙钛矿作为半导体也有一个有限的带隙。这种创新材料的真正优势在于，与硅不同，这种带隙可以通过改变钙钛矿材料的确切成分来轻松调节。
如果两个具有不同带隙的钙钛矿被加工成薄膜太阳能电池，并相互“堆叠”在一起，结果就是所谓的串联太阳能电池。一层钙钛矿“捕获”高能光子，另一层捕获低能光子。
理论上，这种电池的效率可达45%，远高于单结电池的33%。或者，钙钛矿层也可以添加到硅电池中，以创建高效的串联电池。
然而，Fu和他的团队目前正专注于全钙钛矿串联电池，特别是作为欧盟研究项目SuPerTandem的一部分，该项目共有15家欧洲领先的研究机构和公司参与。该项目的目标是开发效率超过30%的柔性钙钛矿串联模块，该模块也可以使用可扩展且具有成本效益的工艺生产。
这是钙钛矿太阳能电池的另一个优点:“硅太阳能电池通常需要在高温下生产的高纯度硅单晶，”傅解释说。“另一方面，钙钛矿薄膜可以印刷、溶液加工或通过气相沉积生产，二氧化碳排放量非常低。过程中出现的小缺陷只会对其光电性能产生很小的影响。”
像SuPerTandem这样的项目的潜在好处是显著的，因为效率越高，太阳能发电的成本就越低。“电池本身只占光伏系统成本的不到20%，”傅说。“剩下的80%是电缆、逆变器、接线盒，当然，还有安装过程中涉及的劳动力。”
如果单个电池的效率提高，一个更小的——因此更实惠的——光伏系统就足以产生同样的电力输出。由钙钛矿制成的薄膜电池也可以在轻质柔性薄膜上生产，而不是像硅电池那样笨重、坚硬的玻璃板。这意味着它们也可以在更多的地方使用，例如在汽车屋顶或低承重能力的建筑物上。
从实验室到屋顶
钙钛矿太阳能电池的这种潜力现在必须加以开发。除了SuPerTandem，范富的团队还在瑞士进行两个项目。Empa的研究人员正在努力更好地了解钙钛矿太阳能电池的基本特性和挑战，这些特性有助于提高其效率和稳定性。在与瑞士联邦能源办公室(SFOE)合作的一个项目中，他们正在通过扩大Empa已经开发的串联电池的规模，将现有的知识付诸实践。
我们还需要做些什么来确保屋顶上的黑色和蓝色矩形被红色的钙钛矿薄膜连接起来?“首先，我们必须将钙钛矿电池从目前的几厘米原型放大到工业尺寸，”傅说。这些细胞仍然有些脆弱，也需要有效地保护它们不受天气的影响。
范富乐观地认为，这两个目标都将在未来5到10年内实现。“我们正在取得良好的进展，工业界对此也很感兴趣，”这位科学家说。“研究人员研究基于钙钛矿的太阳能电池还不到15年。相比之下，对硅电池的研究已经进行了近70年。”
由瑞士联邦材料科学与技术实验室提供 引用轻质、柔韧、高效:钙钛矿钡 sed串联太阳能电池(2024,5月2日)于2024年5月3日从https://techxplore.com/news/2024-05-flexible-efficient-perovskite-ba检索 html本文档 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
