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| 钙钛矿氧化物可将硅基太阳能电池板的转化效率提高50% |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2015-01-27 14:10:22 浏览次数： |
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（中国粉体技术网/班建伟）斯坦福大学科学家的最新一项研究显示，将钙钛矿氧化物堆垛于传统太阳能电池板上可以极大提高太阳能电池板的总体性能。研究者们将这种新型钙钛矿氧化物-硅基太阳能电池板成果发布在上周的《Energy & Environmental Science》期刊上。
钙钛矿太阳能电池板截面图
提高效率的一种经济性方法就是将两种材料串联起来做成组件，其中一种材料是硅基材料，另一种可以是比较便宜的其他光伏材料，他说。
“制造这种低成本的串联组件是非常可取的，” McGehee说。“你只要将一个太阳能电池板覆在另一个上面，你所得到的转化率将高于它们两者单独的转化率。从经济性角度看，用硅基材料作太阳能电池板的底部部分是个很有效的方法。但我们一直没有找到合适的材料作顶部部分，直到最近钙钛矿氧化物的出现。”
钙钛矿氧化物是一种便宜又很容易在实验室中制取的晶体材料。2009年，科学家向世人展示由铅、碘化物和甲基铵组成的钙钛矿氧化物，这种材料能够以3.8%的转化率将太阳光转化为电能。从那以后，研究者一度将其转化率提高到了约20%，能够跟商业化使用的硅基太阳能电池板媲美，从而引起了太阳能电池板生产商的广泛关注。
“我们的目标是影响全球已有的硅基材料工厂，”研究报告联合撰稿人，斯坦福大学研究生Colin Bailie说道。“使用两种材料的串联组件，你就无需再投资数十亿美元建设新工厂。你可以继续生产硅基元件，然后在其上面加一层成本相对低廉的钙钛矿氧化物。”
从光到电
太阳能电池板将太阳光中的光子转化成能够在电极间传递的电流。硅基太阳能电池板可以吸收可见光和红外光的光子并将其转化为电流，而钙钛矿氧化物只吸收太阳光谱中的可见光部分，这部分的光子能量更大。
“与硅基电池板相比，钙钛矿氧化物电池板因为只吸收光谱中高能量部分的光子，使得其单位可见光的光子产生的电力更大，” Bailie说。
制造有效的钙钛矿氧化物-硅串联组件最主要的障碍就是光板欠缺透光性。“科林必须想办法把一个透明电极安装在电池板的上部，这样光子就可以透过钙钛矿氧化物并能够被底部的硅层吸收，”麦吉说。“还没有人制造出配有2个透明电极的钙钛矿氧化物太阳能电池板。”
钙钛矿氧化物在高温下极易遭到破坏，同时它也易溶于水。这些内在不稳定性几乎使得所有现有传统技术手段都无法将电极安装在钙钛矿氧化物电池板上，所以Bailie选择手动去做。
“我们使用一个塑料板，上面有纳米银线，”他说。“然后我们利用一个工具加压让纳米银线贴合在钙钛矿氧化物太阳能电池板上，就像是一个纹身贴。接下来你只需要揉搓就可以移出胶膜了。”
效率惊人
根据实验，斯坦福大学研究小组将一个转换率为12.7%的钙钛矿氧化物太阳能电池板安放在转化率只有11.4%的低品质多晶硅太阳能电池板上，实验结果惊人。
“通过串联钙钛矿氧化物的形式，我们将硅基太阳能电池板的效率从11.4%提高到17%，效率相对提高了接近50%，”麦吉说。“这一能效的大幅提高重新定义了低品质硅基太阳能电池板的商业价值。”
在另一个实验中，研究小组用铜铟镓硒化物（CIGS）做的电池板代替硅基太阳能电池板。然后研究者们将转换率为12.7%的钙钛矿氧化物太阳能电池板安放在转化率为17%的CIGS电池板上。串联后的总转化率达到了18.6%。
“由于几乎所有钙钛矿氧化物太阳能电池板都可以通过溶液沉积制得，所以可以在几乎不增加成本的情况下将传统太阳能电池板升级为高性能串联式的电池板，”作者们写道。
不过钙钛矿氧化物的长期稳定性还是一个待解决的问题，McGehee补充说。“硅就是岩石，”他说，“你可以把它加热到600华氏摄氏度，让它在阳光下照射25年，而什么问题都没有。但是如果你让钙钛矿氧化物接触水或暴露在光下，它可能会降解。我们有一种方法可以让钙钛矿氧化物太阳能电池板稳定使用25年。我的目标是制造出转化率达到25%的低成本串联式电池板，这才是光伏公司值得兴奋的事情。在未来5到10年，我们甚至可能达到30%的转化率。”
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