分層太陽能電池技術(shù)提高了效率和價(jià)格

太陽能的未來越來越光明。來自科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究人員通過分層電池和使用獨(dú)特的元素組合，創(chuàng)造了一種低成本的太陽能電池，它是迄今為止能量轉(zhuǎn)換效率最高的電池之一。

化學(xué)與生物工程學(xué)院教授、一篇明天將發(fā)表在《科學(xué)》(Science)雜志上的論文的作者之一邁克爾·麥基(Michael McGehee)說，“我們開發(fā)了一種產(chǎn)品，它為一個(gè)年銷售額300億美元的產(chǎn)業(yè)做出了貢獻(xiàn)，我們把它提高了30%?！薄斑@是一件大事?！?/p>

研究鈣鈦礦的太陽能電池,晶體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)收獲更高的能源光子,并分層的硅太陽能電池,捕捉更多的光子的紅外光譜的一部分是由輻射能,我們無法看到,但我們能感覺到熱。鈣鈦礦將21%的硅太陽能電池的效率提高到27%，提高了三分之一。

多年來，硅太陽能電池一直是太陽能行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。但目前的硅基電池平均只能將18%到21%的太陽能轉(zhuǎn)化為可用的電能，最高可達(dá)26.6%。

“這意味著現(xiàn)在安裝電池的成本比購買電池的成本要高，”McGehee說，他是可再生能源研究中心的一名成員?？沙掷m(xù)能源研究所。

太陽能電池板的平均效率低于最高效率，因?yàn)闊o論一個(gè)人有多好，小太陽能電池，它將失去約3個(gè)百分點(diǎn)時(shí)，適用于一個(gè)大的電池板-就像一個(gè)體育隊(duì)，只有一樣好，其平均球員。但是如果你能提高整體效率，你就不需要安裝那么多的面板來獲得同樣多的能量。

顯著提高效率的是在現(xiàn)有的太陽能電池上再加一塊太陽能電池——這正是McGehee和他的同事們所做的。

便宜的秘密配方

這并不是研究人員第一次將太陽能電池分層以提高效率。這一概念，也被稱為串聯(lián)或多結(jié)太陽能電池，在20世紀(jì)70年代首次被引入，而太陽能電池效率的世界紀(jì)錄已經(jīng)超過了45%。然而，它付出了高昂的代價(jià):每平方米8萬美元，因?yàn)檫@些細(xì)胞一次只能生長一層原子，形成一個(gè)大的單晶。這可能不是普通房主或企業(yè)能夠承受的成本。

McGehee和他的同事是層狀太陽能電池新方向的先行者，使用鈣鈦礦，成本低了100多倍。

他們在不到10年前就開始在硅的基礎(chǔ)上使用更便宜的材料，一開始只實(shí)現(xiàn)了大約13%的效率。但通過技術(shù)進(jìn)步，他們已經(jīng)能夠使這個(gè)數(shù)字翻一番。

他們的秘密配方包括一種獨(dú)特的三鹵代合金，由氯、溴和碘組成。

在太陽能電池中，有一個(gè)理想的帶隙，根據(jù)McGehee。這是半導(dǎo)體中能級之間的空間，電子在能級之間跳躍并產(chǎn)生電能。

溴可以提高這一帶隙，但當(dāng)與碘一起使用并暴露在陽光下時(shí)，這些元素并不總是保持不變。以前的研究曾嘗試同時(shí)使用氯和碘，但由于這些元素的顆粒大小不同，沒有足夠的氯可以適合鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)。但通過使用不同數(shù)量的氯、溴和碘，研究人員找到了一種縮小晶體結(jié)構(gòu)的方法，讓更多的氯適應(yīng)于穩(wěn)定和提高細(xì)胞的效率。

鈣鈦礦也很便宜，不需要消耗大量能量，在實(shí)驗(yàn)室里也很容易制造。即使經(jīng)過1000小時(shí)，也就是近42天的強(qiáng)化光和熱測試，這些新型太陽能電池的初始效率也只有很小的變化。

隨著太陽能市場以每年約30%的速度增長，效率、成本和壽命是新技術(shù)成為主流的主要考慮因素。

McGehee對這種寬禁帶、層狀鈣鈦礦太陽能電池的潛力持樂觀態(tài)度。

現(xiàn)在，它不僅已經(jīng)超過了純硅太陽能電池的最高效率，“我們相信它可以使我們的效率超過30%，而且它可以是穩(wěn)定的，”McGehee說。