科学家们将两种材料结合在一起，在新式太阳能电池中吸收更多阳光。
这种情况下的“动态二人组”是硅（传统光伏发电的主力）和一种名为钙钛矿的矿物。这种矿物最早在乌拉尔山脉被发现，并以俄罗斯矿物学家列夫·佩罗夫斯基的名字命名。这是一种由钛酸钙制成的晶体，具有有用的光伏特性。
在传统的太阳能电池中，只有部分太阳光谱被利用，其余部分被反射或以热量的形式浪费掉。这种固有的障碍被称为肖克利-奎伊瑟极限，对于硅来说，理论上将太阳光转化为电能的效率最高为 33.7%，但在实际设备中，该极限要低得多。
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一种绕过这种限制的方法是使用多种光伏材料，每种材料都针对太阳光谱的特定部分进行调整。这些多结太阳能电池在效率方面创造了世界纪录，接近 50%，但它们需要昂贵的制造技术，限制了它们在卫星等小众应用中的使用，或者需要使用镜子将阳光集中在微小的电池上（ClimateWire，2014 年 10 月 20 日）。
然而，钙钛矿价格低廉且半透明，并吸收太阳光谱中的紫外线和可见光部分，因此可以与吸收红外光的硅光伏电池很好地配对。
麻省理工学院机械工程助理教授 Tonio Buonassisi 说：“挑战一直是如何将两者结合起来。”
Buonassisi 解释说，他和他的合作者之前演示了一种将钙钛矿层堆叠在硅层之上的电池，但在这种电池中，这些材料是作为独立的电池发挥作用的。
一种组合方法
在昨天发表在《应用物理快报》杂志上的一项研究中，研究人员展示了一种将这两种材料结合在一起但作为一个整体单元工作的设备。
该电池的尺寸为 1 平方厘米，由 200 微米厚的硅层和 1 微米厚的钙钛矿层组成。
研究人员对该设备进行了结构设计，以利用量子隧穿效应，即电子势可以穿过通常会限制其移动的势垒。当正确波长的光线照射到钙钛矿时，它会动员一种电荷，该电荷会传递到硅中并通过电路。
麻省理工学院研究生、该报告的合著者 Jonathan Mailoa 在一封电子邮件中说：“在这个隧道结中，来自硅太阳能电池的空穴与来自钙钛矿太阳能电池的电子通过量子力学隧穿重新结合。这使我们的设备能够作为整体的钙钛矿-硅串联电池工作。”
太阳光还在硅层中产生电流，因此最终的结果是电池产生的电压高于两层单独产生的电压。“我们从串联电池中获得的电压几乎完全是两个电池的线性总和，即 1.65 伏，”Buonassisi 说。
演示电池的功率转换效率仅为 13.7%，但随着进一步的优化，研究人员预计效率将超过 25%。更高的效率意味着在给定的太阳能电池尺寸下产生更多的电力，这会提高功率输出并降低整体系统成本。
串联电池的效率仍然远远低于顶级多结电池所展示的效率。但是，由于制造成本较低，研究人员的目标不是与跑车太阳能电池竞争。相反，他们希望钙钛矿-硅太阳能电池能够成为日常使用的产品，取代屋顶和太阳能发电厂中的传统面板。
另一位合著者、斯坦福大学材料科学与工程研究生 Colin Bailie 说：“虽然硅需要一些非常高的温度和非常精密的沉积技术，但钙钛矿部分非常简单，其优势就在于此。钙钛矿的所有层都可以通过类似于印刷报纸的过程进行印刷。”
仍然存在一些工程方面的挑战：高性能钙钛矿层会快速退化，有时会在数小时内退化，这对于必须在各种环境下承受数十年的设备来说是不利的。串联设备还需要顶部的窗口层，该层充当电极，但会限制通过的光量。
为了使他们的想法流行起来，研究人员还必须证明这些电池的改进性能将抵消添加钙钛矿的成本。 Mailoa 说：“从纸面上看，似乎存在机会窗口，但历史表明，实际损失可能会迅速使天平向另一方倾斜。这需要出色的工程设计。”
经环境与能源出版有限责任公司许可，转载自 Climatewire。www.eenews.net, 202-628-6500