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叠层太阳能电池具有更好的性能

发布时间:2017-09-06 10:13:47

对于太阳能电池来说,其设计方面跟双刀片剃刀一样,那就是两步工作模式总比一种好。将两种太阳能电池重叠起来是一种不错的设计,上层是一种半透明材料,可以将高能光子转换成电能;而底层材料则可以将低能光子进行转换。这使得跟多的光能可以被转换成电能。


迄今为止,该过程所需的复杂技术主要局限于空间或密集光伏( CPV)领域。这种叠层电池是在非常昂贵的单晶晶片上生长得到的,因此不利于大规模生产。 EMPA—瑞士联邦材料科学与技术实验室薄膜材料和光伏实验室的 Stephan Buecheler  Ayodhya N. Tiwari 带领的研究团队成功实现了在多晶薄膜上生长叠层太阳能电池,这种方法成本低廉,因此有利于大规模应用,为大规模制造高效太阳能电池提供了可能。这种方法的秘密是:研究人员在非常低的温度( 50℃)下制造了这种顶层太阳能电池的钙钛矿薄膜,这种制作过程耗能小,成本低廉,非常有应用前景。这种叠层太阳能电池的光电转换效率达到了 20.5% Empa 
研究人员认为这种方法制作的电池有可能进一步提高转换效率。 


分子足球作为这种魔力晶体的基础材料

这种双层材料的成功得益于表层半透明太阳能电池的开发,其效率达到了 14.2%,穿透率达到了 72%。这种材料是通过将甲基铵碘化铅沉积在钙钛矿晶体中形成的。钙钛矿层是在 PCBM 物质层上生长获得的。每一个 PCBM 分子包含有 61 个碳原子,原子相互连接像一个足球。钙钛矿层是通过在这一层上进行蒸汽沉积和旋涂法制成的,因此具有足球一样的结构,然后在不冷不热的温度下退火。这种钙钛矿层可以将蓝光和黄光转换成电能。相反,红光和红外部分则可以穿过晶体。因此研究人员可以在这层电池之下再设计一种那个电池可以将这部分光转换成电能。


双层电池的好处:可更好的利用太阳能

 Empa 的研究人员使用 CIGS(铜铟镓二硒)电池作为这种叠层电池的底层,这技术该实验室已经探究多年。这种叠层电池的好处是他们可以充分利用太阳能。太阳能电池只能将能量大于能带宽度的光子吸收,如果光子能量太低,则不会产生电能。如果光子能量较高,则更高部分的能量就会转换成热能而浪费掉。这种双层电池就可以充分利用不同能带宽度的材料,从而可有效将太阳能转换成电能。 


光电转换效率超过 30%不是梦

虽然很好的单层多晶太阳能电池的转换效率最多可以达到 25%,但是这种叠层电池则可能将效率提高到 30%,但是仍然有很多的工作需要做。Ayodhya Tiwari说, 我们现在所做的仅仅是开始。我们需要克服很多的障碍才能达到目标。为了实现这一点,我们需要多学科交叉的经验,进行许多的实验,知道我们发现一种半透明的高性能电池。 ”Stephan Bücheler 说关于太阳能电池效率的竞赛不仅仅是学术秀, 当生产太阳能电能时,只有一半的成本会体现到太阳能模块本身,另一半则体现在基础设施方面,例如逆变器、电缆、载波的细胞、工程成本和安装等。当太阳能电池的效率提高,且尺寸更小时,这些配套设施的成本也降低了。


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