硅钙钛矿太阳能电池即将彻底改变发电效率 2023-07-13
传统太阳能电池基于硅半导体化合物已知其将太阳光转化为电能的理论最大效率为 29%。 然而，通过将第二钙钛矿层合并到基础硅层上，太阳能电池有可能在不久的将来超越这个效率阈值。
钙钛矿是一类与钙钛氧化物矿物具有相同晶体结构的化合物。 这种高度灵活的材料可用于多种应用，包括超声波机器、存储芯片和发电太阳能电池。 最近的研究表明，钙钛矿可能是推动太阳能电池行业发电效率达到新水平的“秘密武器”。
目前的太阳能电池技术正在迅速接近其最高效率水平，但仍达不到太阳能作为应对全球变暖的重要缓解因素所需的水平。 科学家表示，效率必须超过 30%，且新太阳能电池板的安装率必须比目前的采用水平提高十倍。
通过在硅基底上添加额外的钙钛矿层（两者都具有半导体特性），可以增强从阳光中捕获的能量。 硅层捕获红光中的电子，而钙钛矿层捕获蓝光。 能量吸收能力的提高将导致太阳能整体价格的降低，从而加快太阳能电池板的部署和采用。
科学家们花费数年时间开发高效的硅钙钛矿太阳能电池技术，2023 年似乎将标志着该领域的一个重要里程碑。 最近的研究进展已成功将硅-钙钛矿串联电池的效率提高到 30% 以上。 进展速度如此之快，以至于这项技术很快就会在商用产品中展示其增强的功能。
沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学材料科学与工程教授 Stefaan De Wolf 认为，2023 年太阳能电池技术领域将带来重大进展。 De Wolf 的团队已经在硅钙钛矿太阳能电池中实现了 33.7% 的效率水平，但他们的工作细节仍需要在科学期刊上发表。
另一个由德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心的 Steve [**]lbrecht 领导的研究小组最近发表了一项关于串联硅钙钛矿电池的研究，该电池可以实现高达 32.5% 的功率转换效率。 由瑞士洛桑联邦理工学院的 Xin Yu Chin 领导的第三个小组已经证明，串联电池的效率达到 31.25%，具有“高效率和低制造成本的潜力”。
De Wolf 表示，超过 30% 的能源门槛将增强人们对“高性能、低成本光伏发电可以推向市场”的信心。 到 2022 年，太阳能发电容量将达到 1.2 太瓦 (TW)，到 2050 年必须增加到至少 75 太瓦，才能缓解全球变暖和温室气体排放带来的最灾难性的情况。
商业领域正在积极致力于提高太阳能电池的效率。 中国最大的制造商（隆基股份）在实验室中已经达到了 33.5% 的效率。 下一步涉及将高效硅钙钛矿串联电池的尺寸从实验条件（1 平方厘米）扩大到商业级特征（15 平方厘米）。 De Wolf对实现这一目标充满信心。