作为主流的太阳能材料,硅在近期或许不会被取代,然而,用不了太久,人们将会从一种有前景的材料“钙钛矿”里获取一种太阳能材料,作为硅的“同伴”。
一名牛津大学的科学家和“钙钛矿”研究员所领导的研究小组已经证明他们所研究的装置是可行的——这种装置可以将传统的硅电池和“钙钛矿”电池结合,从而将硅电池的效率提高几个百分点。
“钙钛矿”的高性能和低成本,已经引起了太阳能研究员和能源机构专家的兴趣:它有一种能产生独一无二的电子特性的化学结构,这使得它们在太阳能技术领域更有吸引力。
Snaith和他的同事们说,他们研究的新的合成物已经克服了基本的困难,可以用来设计一种能将硅吸收光的特性和“钙钛矿”的特性结合起来的高效装置。
研究人员说,实验结果显示,制作一个硅-钙钛矿串联装置是可能的,与目前商业用途17%到20%的高效率硅电池相比,这个装置的效率高于25%。
测量是在实验室进行的,但是比起今天市场上最好的硅片,这种方法的使用可以获得显著的高效率。
在实验室,由半导体而非“钙钛矿”组成的高性能联合装置已经获得超过40%效率,但是这种装置极其昂贵,因为它要求非常复杂的制造工艺技术。
制造“钙钛矿”太阳能电池非常简单,非常廉价,并且通过增加几个步骤,就可以将这种工艺集成到已经存在的硅片制造线中。许多专家相信,“钙钛矿” 和硅的联合装置是其近期最现实的商业应用。
几个小组已经证实了一个硅电池和一个“钙钛矿”电池组成的联合装置的可操作性,但是装置的效率还是受到限制的,因为“钙钛矿”吸收的太阳光谱的范围并不能完全补足硅吸收的范围。
改进“钙钛矿”吸收太阳光谱的范围的尝试,会导致构成性能的材料结构的不稳定性。该研究组想出了一个办法:将“钙钛矿”材料中的某些离子和铯离子相互替代,在维持材料结构稳定性的同时,获得要求的光电性能。
研究者仅仅在一个小范围内证实了这个新的合成物,在商业用面板上使用这些合成物前,还需要进行大量的工作。但是Snaith参与创建的一个公司,Oxford PV,也致力于研究硅-“钙钛矿”联合装置。
Oxford PV的技术总监说,这样的结果反映出研究员们对制造可靠的、高性能叠电池过程中存在的固有挑战可以快速解决。
Case不会透露他公司的技术细节,但是他说,Oxford PV马上会演示全形装置,这个装置23%效率,并且不久以后会达到25%。
Case说,几年以后,效率达到28%甚至30%不是不可以实现的。
“钙钛矿”型技术仍然面临着挑战,因为这种材料对湿度和空气的敏感性,对于“钙钛矿”电池是否可以足够持久以获得动力系统需要的较长寿命问题,仍然存在着疑问。
Case仍然说,Oxford PV正在交付一个商业产品——针对硅板制造商,那些在2017年想升级产品效率的。
译者:边草
译自:technologyreview