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MIT等组合单晶硅和钙钛矿制新型太阳能电池:效率或超35%

导读: 美国麻省理工学院(MIT)和美国斯坦福大学的研究人员联合试制出了由单晶硅太阳能电池和钙钛矿型太阳能电池层叠而成的串联结构的太阳能电池。

  美国麻省理工学院(MIT)和美国斯坦福大学的研究人员联合试制出了由单晶硅太阳能电池和钙钛矿型太阳能电池层叠而成的串联结构的太阳能电池。虽然转换效率还不够高,只有13.7%,但双方制定了转换效率达到29%的目标,“最终还有可能超过35%”(论文)。如果目标得以实现,这有可能成为转换效率高且制造成本低的太阳能电池。

  最近几年,钙钛矿型太阳能电池的性能显着提高,2014年有报告称转换效率达到了20.1%。由于材料费低,制造工艺也简单,因此将来有可能给太阳能电池市场带来巨大影响。

  不过,对钙钛矿型太阳能电池而言,可用于发电的光波长区域稍偏向于短波长区。而对现在主流的太阳能电池——硅类太阳能电池而言,长波长的可见光和近红外线更有助于发电。因此,研究人员之间普遍认为:将两者组合起来,可以使用更广泛波长的光和近红外线,能实现效率远超过现有硅类太阳能电池的太阳能电池。

  最早尝试将两者组合在一起的是MIT。MIT试制出了顶层单元采用钙钛矿型太阳能电池、底层单元采用单晶硅太阳能电池的串联结构的太阳能电池。

  据MIT介绍,以前也有将钙钛矿型太阳能电池和硅类太阳能电池简单重叠的例子,但是分别导出电力。这次是第一次将两种太阳能电池做成一个整体元件。

  不过,试制出的串联结构的太阳能电池的转换效率只有13.7%。论文中指出,转换效率低的原因是:(1)MIT等制作的单晶硅太阳能电池和钙钛矿型太阳能电池因元件优化不充分,各太阳能电池的单体性能都很低,(2)钙钛矿型太阳能电池中的电流特别小,整个元件的电流值有限等。关于(1),单晶硅太阳能电池单体的转换效率为13.8%,钙钛矿型太阳能电池单体的转换效率为13.5%。

  MIT认为此次试制的串联结构太阳能电池还有发展空间:如果采用优化技术,使各太阳能电池达到最高效率,那么此次串联结构太阳能电池的转换效率将达到29.0%。

  目前面临的课题是:钙钛矿型太阳能电池作为主要材料之一使用铅(Pb)以及钙钛矿型太阳能电池容易劣化、元件寿命较短。不过,最近的研发正在寻找Pb替代材料和改善寿命。(记者:野泽 哲生)

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