硅鈣鈦礦太陽(yáng)能電池即將徹底改變發(fā)電效率 2023-07-13
傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池基于硅半導(dǎo)體化合物已知其將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能的理論最大效率為 29%。 然而，通過(guò)將第二鈣鈦礦層合并到基礎(chǔ)硅層上，太陽(yáng)能電池有可能在不久的將來(lái)超越這個(gè)效率閾值。
鈣鈦礦是一類(lèi)與鈣鈦氧化物礦物具有相同晶體結(jié)構(gòu)的化合物。 這種高度靈活的材料可用于多種應(yīng)用，包括超聲波機(jī)器、存儲(chǔ)芯片和發(fā)電太陽(yáng)能電池。 最近的研究表明，鈣鈦礦可能是推動(dòng)太陽(yáng)能電池行業(yè)發(fā)電效率達(dá)到新水平的“秘密武器”。
目前的太陽(yáng)能電池技術(shù)正在迅速接近其最高效率水平，但仍達(dá)不到太陽(yáng)能作為應(yīng)對(duì)全球變暖的重要緩解因素所需的水平。 科學(xué)家表示，效率必須超過(guò) 30%，且新太陽(yáng)能電池板的安裝率必須比目前的采用水平提高十倍。
通過(guò)在硅基底上添加額外的鈣鈦礦層（兩者都具有半導(dǎo)體特性），可以增強(qiáng)從陽(yáng)光中捕獲的能量。 硅層捕獲紅光中的電子，而鈣鈦礦層捕獲藍(lán)光。 能量吸收能力的提高將導(dǎo)致太陽(yáng)能整體價(jià)格的降低，從而加快太陽(yáng)能電池板的部署和采用。
科學(xué)家們花費(fèi)數(shù)年時(shí)間開(kāi)發(fā)高效的硅鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)，2023 年似乎將標(biāo)志著該領(lǐng)域的一個(gè)重要里程碑。 最近的研究進(jìn)展已成功將硅-鈣鈦礦串聯(lián)電池的效率提高到 30% 以上。 進(jìn)展速度如此之快，以至于這項(xiàng)技術(shù)很快就會(huì)在商用產(chǎn)品中展示其增強(qiáng)的功能。
沙特阿拉伯阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)材料科學(xué)與工程教授 Stefaan De Wolf 認(rèn)為，2023 年太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域?qū)?lái)重大進(jìn)展。 De Wolf 的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在硅鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中實(shí)現(xiàn)了 33.7% 的效率水平，但他們的工作細(xì)節(jié)仍需要在科學(xué)期刊上發(fā)表。
另一個(gè)由德國(guó)亥姆霍茲柏林材料與能源中心的 Steve [**]lbrecht 領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于串聯(lián)硅鈣鈦礦電池的研究，該電池可以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 32.5% 的功率轉(zhuǎn)換效率。 由瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的 Xin Yu Chin 領(lǐng)導(dǎo)的第三個(gè)小組已經(jīng)證明，串聯(lián)電池的效率達(dá)到 31.25%，具有“高效率和低制造成本的潛力”。
De Wolf 表示，超過(guò) 30% 的能源門(mén)檻將增強(qiáng)人們對(duì)“高性能、低成本光伏發(fā)電可以推向市場(chǎng)”的信心。 到 2022 年，太陽(yáng)能發(fā)電容量將達(dá)到 1.2 太瓦 (TW)，到 2050 年必須增加到至少 75 太瓦，才能緩解全球變暖和溫室氣體排放帶來(lái)的最災(zāi)難性的情況。
商業(yè)領(lǐng)域正在積極致力于提高太陽(yáng)能電池的效率。 中國(guó)最大的制造商（隆基股份）在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)達(dá)到了 33.5% 的效率。 下一步涉及將高效硅鈣鈦礦串聯(lián)電池的尺寸從實(shí)驗(yàn)條件（1 平方厘米）擴(kuò)大到商業(yè)級(jí)特征（15 平方厘米）。 De Wolf對(duì)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)充滿(mǎn)信心。