太陽能一直被認為是取代我們對化石燃料依賴的最可持續(xù)的選擇，但將太陽能轉化為電能的技術必須既高效又廉價。

沖繩科學技術研究生院(OIST)能源材料和表面科學部的科學家認為，他們已經找到了一種制造低成本高效太陽能電池的新方法。來自OIST的Yabing Qi教授和他的團隊與中國陜西師范大學的Shengzhong Liu教授合作，利用模擬天然礦物鈣鈦礦晶體結構的材料和化合物開發(fā)了這些細胞。他們在Nature Communications雜志上發(fā)表的一項研究中描述了他們的技術。

在齊教授所說的“金三角”中，太陽能電池技術需要滿足三個值得商業(yè)化的條件：它們的陽光轉換成電能必須很高，生產成本必須低廉，并且它們必須有一個壽命長。今天，大多數(shù)商業(yè)太陽能電池由晶體硅制成，其具有約22%的相對高的效率。雖然這些太陽能電池的原材料硅很豐富，但加工過程往往很復雜并且會增加制造成本，使成品價格昂貴。

齊教授說，鈣鈦礦提供了更實惠的解決方案。2009年，日本橫濱Toin大學的Tsutomu Miyasaka教授的研究團隊首次將鈣鈦礦用于制造太陽能電池，從那以后它迅速變得越來越重要。“對鈣鈦礦細胞的研究非常有前景。僅僅9年時間，這些細胞的效率從3.8%提高到23.3%。其他技術經過30多年的研究才達到同樣的水平，”齊教授解釋說。他和他的研究團隊開發(fā)的制造方法生產的鈣鈦礦太陽能電池具有與晶體硅電池相當?shù)男?，但它可能比制造硅太陽能電池便宜得多?/p>

為了制造新的細胞，研究人員在透明導電基材上涂上了鈣鈦礦薄膜，可以非常有效地吸收陽光。他們使用了一種基于氣固反應的技術，其中基板首先涂有一層三碘化氫，并加入少量氯離子和甲胺氣體 - 使它們能夠重復制造大型均勻的面板，每個面板由多個太陽能電池。

在開發(fā)該方法時，科學家們意識到使鈣鈦礦層厚度為1微米可以顯著提高太陽能電池的工作壽命。“在工作800小時后，太陽能電池幾乎沒有變化，”YIST教授研究部門的博士后學者劉宗浩博士說，他是該研究的第一作者。此外，較厚的涂層不僅提高了太陽能電池的穩(wěn)定性，而且便于制造工藝，從而降低了生產成本。“更厚的吸收層確保了太陽能電池制造的良好再現(xiàn)性，這是在現(xiàn)實工業(yè)規(guī)模設置中大規(guī)模制造的關鍵優(yōu)勢，”劉博士說。

Qi教授及其團隊現(xiàn)在面臨的最大挑戰(zhàn)是將新設計的太陽能電池的尺寸從0.1 mm2尺寸的原型增加到可以長達數(shù)英尺的大型商業(yè)尺寸面板。這是業(yè)界可以提供幫助的地方。“在實驗室和現(xiàn)實中的研究結果之間存在很大差距，并且行業(yè)并不總是愿意自己彌補這一整體差距。因此，研究人員需要在實驗室之外采取一個必要的步驟，并在中途實現(xiàn)行業(yè)發(fā)展，“齊教授說。

為了邁出這一步，齊教授和團隊在他們的概念驗證計劃下獲得了OIST技術開發(fā)和創(chuàng)新中心的慷慨資助。有了這筆資金，該團隊已經建立了一個新的鈣鈦礦太陽能電池模塊的工作模型，該模塊由5cm×5cm基板上的多個太陽能電池組成，有效面積為12 cm2，比實驗樣機大得多，但小于商用所需的尺寸。目的。雖然擴大規(guī)模的過程已將細胞的效率從20%降低到15%，但研究人員樂觀地認為，他們將能夠改善未來幾年的工作方式，并成功將其用途商業(yè)化