分層太陽能電池技術(shù)提高了效率和價格

太陽能的未來越來越光明。來自科羅拉多大學博爾德分校的研究人員通過分層電池和使用獨特的元素組合，創(chuàng)造了一種低成本的太陽能電池，它是迄今為止能量轉(zhuǎn)換效率最高的電池之一。

化學與生物工程學院教授、一篇明天將發(fā)表在《科學》(Science)雜志上的論文的作者之一邁克爾·麥基(Michael McGehee)說，“我們開發(fā)了一種產(chǎn)品，它為一個年銷售額300億美元的產(chǎn)業(yè)做出了貢獻，我們把它提高了30%?！薄斑@是一件大事?！?/p>

研究鈣鈦礦的太陽能電池,晶體結(jié)構(gòu)的設(shè)計收獲更高的能源光子,并分層的硅太陽能電池,捕捉更多的光子的紅外光譜的一部分是由輻射能,我們無法看到,但我們能感覺到熱。鈣鈦礦將21%的硅太陽能電池的效率提高到27%，提高了三分之一。

多年來，硅太陽能電池一直是太陽能行業(yè)的標準。但目前的硅基電池平均只能將18%到21%的太陽能轉(zhuǎn)化為可用的電能，最高可達26.6%。

“這意味著現(xiàn)在安裝電池的成本比購買電池的成本要高，”McGehee說，他是可再生能源研究中心的一名成員?？沙掷m(xù)能源研究所。

太陽能電池板的平均效率低于最高效率，因為無論一個人有多好，小太陽能電池，它將失去約3個百分點時，適用于一個大的電池板-就像一個體育隊，只有一樣好，其平均球員。但是如果你能提高整體效率，你就不需要安裝那么多的面板來獲得同樣多的能量。

顯著提高效率的是在現(xiàn)有的太陽能電池上再加一塊太陽能電池——這正是McGehee和他的同事們所做的。

便宜的秘密配方

這并不是研究人員第一次將太陽能電池分層以提高效率。這一概念，也被稱為串聯(lián)或多結(jié)太陽能電池，在20世紀70年代首次被引入，而太陽能電池效率的世界紀錄已經(jīng)超過了45%。然而，它付出了高昂的代價:每平方米8萬美元，因為這些細胞一次只能生長一層原子，形成一個大的單晶。這可能不是普通房主或企業(yè)能夠承受的成本。

McGehee和他的同事是層狀太陽能電池新方向的先行者，使用鈣鈦礦，成本低了100多倍。

他們在不到10年前就開始在硅的基礎(chǔ)上使用更便宜的材料，一開始只實現(xiàn)了大約13%的效率。但通過技術(shù)進步，他們已經(jīng)能夠使這個數(shù)字翻一番。

他們的秘密配方包括一種獨特的三鹵代合金，由氯、溴和碘組成。

在太陽能電池中，有一個理想的帶隙，根據(jù)McGehee。這是半導體中能級之間的空間，電子在能級之間跳躍并產(chǎn)生電能。

溴可以提高這一帶隙，但當與碘一起使用并暴露在陽光下時，這些元素并不總是保持不變。以前的研究曾嘗試同時使用氯和碘，但由于這些元素的顆粒大小不同，沒有足夠的氯可以適合鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)。但通過使用不同數(shù)量的氯、溴和碘，研究人員找到了一種縮小晶體結(jié)構(gòu)的方法，讓更多的氯適應(yīng)于穩(wěn)定和提高細胞的效率。

鈣鈦礦也很便宜，不需要消耗大量能量，在實驗室里也很容易制造。即使經(jīng)過1000小時，也就是近42天的強化光和熱測試，這些新型太陽能電池的初始效率也只有很小的變化。

隨著太陽能市場以每年約30%的速度增長，效率、成本和壽命是新技術(shù)成為主流的主要考慮因素。

McGehee對這種寬禁帶、層狀鈣鈦礦太陽能電池的潛力持樂觀態(tài)度。

現(xiàn)在，它不僅已經(jīng)超過了純硅太陽能電池的最高效率，“我們相信它可以使我們的效率超過30%，而且它可以是穩(wěn)定的，”McGehee說。