在光伏技術(shù)領(lǐng)域，硅基太陽能電池占據(jù)了90%的市場份額。在成本，穩(wěn)定性和效率方面(市場上典型的太陽能電池為20-22%)，它們遠遠領(lǐng)先于競爭對手。

然而，經(jīng)過數(shù)十年的研究和投資，硅基太陽能電池現(xiàn)已接近其最高理論效率。因此，需要新的概念來實現(xiàn)太陽能電價的長期降低，并使光伏技術(shù)成為更廣泛采用的發(fā)電方式。

一種解決方案是將兩種不同類型的太陽能電池放置在彼此之上，以最大化光線轉(zhuǎn)換成電能。這些“雙結(jié)”細胞正在科學界廣泛研究，但制造成本很高?，F(xiàn)在，納沙泰爾的研究團隊 - 來自EPFL的光伏實驗室和CSEM光伏中心 - 已經(jīng)開發(fā)出一種經(jīng)濟上具有競爭力的解決方案。他們將鈣鈦礦電池直接集成在標準硅基電池的頂部，獲得25.2%的記錄效率。他們的生產(chǎn)方法很有前途，因為它只會為當前的硅電池生產(chǎn)過程增加一些額外的步驟，而且成本合理。他們的研究成果發(fā)表在Nature Materials上。

硅藻土上的鈣鈦礦：納米三明治

在過去幾年中，鈣鈦礦的獨特性質(zhì)引發(fā)了對其在太陽能電池中的應(yīng)用的大量研究。在九年的時間里，這些細胞的效率提高了六倍。鈣鈦礦允許以可能有限的生產(chǎn)成本實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。

在串聯(lián)電池中，鈣鈦礦與硅相互補充：它可以更有效地轉(zhuǎn)換藍光和綠光，而硅則可以更好地轉(zhuǎn)換紅光和紅外光。“通過結(jié)合這兩種材料，我們可以最大限度地利用太陽光譜并增加產(chǎn)生的電量。我們所做的計算和工作表明，很快就能實現(xiàn)30%的效率，”該研究的主要作者Florent Sahli說。和JérémieWerner。

然而，通過疊加這兩種材料來創(chuàng)建有效的串聯(lián)結(jié)構(gòu)并非易事。“硅的表面由一系列約5微米的金字塔組成，它捕獲光并防止其被反射。然而，表面紋理使得難以沉積均勻的鈣鈦礦膜，”Quentin Jeangros解釋道，他是共同撰寫的。紙。

當鈣鈦礦以液體形式沉積時，如通常那樣，它在金字塔之間的谷中積聚，同時使峰未被覆蓋，導致短路。

確保最佳微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵層

EPFL和CSEM的科學家通過使用蒸發(fā)方法形成完全覆蓋金字塔的無機基層，解決了這個問題。該層是多孔的，使其能夠保留液體有機溶液，然后使用稱為旋涂的薄膜沉積技術(shù)添加該溶液。研究人員隨后將基板加熱至150°C的較低溫度，以在硅金字塔頂部結(jié)晶出均勻的鈣鈦礦薄膜。

“到目前為止，制造鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的標準方法是在將鈣鈦礦電池放置在其上之前，使硅電池的金字塔平整，從而降低其光學性能，從而降低其性能。還增加了步驟在制造過程中，“Florent Sahli說。

更新現(xiàn)有技術(shù)

新型串聯(lián)電池具有高效率，可與單晶硅基技術(shù)直接兼容，這些技術(shù)受益于長期的工業(yè)專業(yè)知識，并且已經(jīng)在生產(chǎn)中獲利。“我們建議使用已經(jīng)投入使用的設(shè)備，只需添加幾個特定階段。制造商將不會采用全新的太陽能技術(shù)，而只是更新他們已經(jīng)用于硅基電池的生產(chǎn)線，” Christophe Ballif，EPFL光伏實驗室和CSEM光伏中心負責人。

目前，研究仍在繼續(xù)，以進一步提高效率，使鈣鈦礦薄膜更具長期穩(wěn)定性。盡管該團隊取得了突破性進展，但在他們的技術(shù)可以商業(yè)化采用之前仍有工作要做。