了解太陽能電池從實驗室轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實世界時的運行方式如何變化對于在批量生產(chǎn)之前優(yōu)化其設計至關重要。KAUST研究人員展示了鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池在炎熱，陽光充足的環(huán)境中的功能。

硅在商業(yè)太陽能電池生產(chǎn)中占主導地位。作為光到電的轉(zhuǎn)換器，它既豐富又高效。但是最近，鈣鈦礦已經(jīng)成為一種具有潛力的材料，可以使用基于解決方案的工藝來低成本制造。它們的性質(zhì)可以通過改變化學成分來調(diào)節(jié)。

材料的光學和電子特性與其帶隙有關：入射光子需要吸收的最小能量。帶隙還確定吸收光子時產(chǎn)生多少電流。在常規(guī)的太陽能電池中，光吸收材料僅吸收某些波長的光，這些光的能量高于帶隙，而未利用部分太陽能。

為了獲得硅的工業(yè)成熟度和鈣鈦礦多功能性的好處，科學家們研究了在一種稱為串聯(lián)太陽能電池的裝置中使用這兩種材料的情況。它們的理論效率極限為44%，超過了常規(guī)太陽能電池的33%極限。

封裝的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池正在KAUST戶外測試設施進行測試。信用：KAUST 2020

研究的第一作者艾爾坎·艾丁說：“這種串聯(lián)構型的一個局限在于，人們認為鈣鈦礦帶隙必須比穩(wěn)定的材料成分所允許的寬度寬。”

新的太陽能電池將在實驗室的標準測試條件下進行測試。但是在大多數(shù)部署太陽能電池的地區(qū)，環(huán)境溫度都比標準的25攝氏度高得多，并且可能會劇烈波動，從而影響性能。

艾登和他的同事們在炎熱，陽光明媚的氣候條件下，研究了鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池在戶外的性能。KAUST團隊表明，雖然隨著設備變熱硅帶隙變小，但鈣鈦礦帶隙變大。這會使器件偏離其理想的工作點，并降低了在標準測試條件下優(yōu)化的串聯(lián)電池的效率。令人鼓舞的是，這種趨勢具有降低鈣鈦礦帶隙的作用，從而允許將更穩(wěn)定的鈣鈦礦組合物用于串聯(lián)太陽能電池中。

Aydin說：“我們的研究下一步將集中在使這些器件的功率轉(zhuǎn)換效率超過報告的最高單結(jié)硅太陽能電池效率(26.7%)和更高的穩(wěn)定性上。” “這些改進將使鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池更接近市場。”