太陽能電池實(shí)現(xiàn)的直接太陽能轉(zhuǎn)換可在我們未來的能源供應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。提高太陽能電池的成本效益對(duì)于加速即將到來的兆瓦級(jí)太陽能產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。但是，這很復(fù)雜，因?yàn)槌Ｒ?guī)晶體硅的效率極限已接近33%。一種可行的策略是制造一種太陽能電池，該太陽能電池結(jié)合了各種可以吸收更多陽光的光吸收材料，最終可以將效率提高到68%。博士 候選人王俊科(Junke Wang)已開發(fā)出一種新策略，以新型鈣鈦礦半導(dǎo)體為基礎(chǔ)制造太陽能電池，該技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)35%以上的效率。王在12月10日成功為自己的論文辯護(hù)。

鈣鈦礦是一種無機(jī)-有機(jī)雜化化合物，具有優(yōu)異的性能，可用于太陽能電池。在十年之內(nèi)，基于單個(gè)鈣鈦礦層的太陽能電池的效率已達(dá)到25%以上，與傳統(tǒng)的無機(jī)太陽能技術(shù)相當(dāng)。

與傳統(tǒng)材料相比，鈣鈦礦具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如重量輕，成本低。此外，它可以由溶液混合物或油墨制成，例如用于印刷報(bào)紙的油墨。這些油墨然后可以用來在基材表面上涂覆厚度僅為幾百納米的層。結(jié)果，這種方法使從這些解決方案生產(chǎn)大面積太陽能電池板變得更加容易。

有趣的是，可以通過改變鈣鈦礦膜的化學(xué)組成來獲得吸收不同顏色陽光的高質(zhì)量鈣鈦礦材料。因此，將可以吸收不同顏色的各種鈣鈦礦材料堆疊在一個(gè)器件中，即鈣鈦礦多結(jié)太陽能電池，提供了一條激動(dòng)人心的途徑，以較低的制造成本打破了效率極限。

加工挑戰(zhàn)

鑒于需要將不同的材料層沉積在彼此之上同時(shí)又彼此兼容，因此制造這樣的多結(jié)太陽能電池是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。每種鈣鈦礦材料都需要采用一定的成膜策略來獲得高性能，這給加工帶來了巨大挑戰(zhàn)。此外，由于所有鈣鈦礦層均由溶液加工而成，因此將一種鈣鈦礦材料放在另一層之上會(huì)損壞下面的層并降低電池效率。

通用沉積策略

在這項(xiàng)研究中，Wang及其應(yīng)用物理系分子材料和納米系統(tǒng)小組的同事展示了一種簡單而有效的處理和集成方法，用于三種不同的鈣鈦礦層。

這種新方法解決了鈣鈦礦多結(jié)太陽能電池制造中的主要困難，適用于未來的大規(guī)模生產(chǎn)方法。研究人員還設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種堅(jiān)固的互連層，該互連層能夠在將一層鈣鈦礦沉積到另一層之上時(shí)保持所有鈣鈦礦層的完整性。

在概念驗(yàn)證的太陽能電池中，三種不同鈣鈦礦材料的組合產(chǎn)生了16.8%的轉(zhuǎn)換效率。隨著單個(gè)鈣鈦礦材料的進(jìn)一步開發(fā)，該策略在Wang博士期間得到了發(fā)展。研究可以將效率提高到35%以上。Wang博士的研究結(jié)果的一部分。這項(xiàng)研究已發(fā)表在“自然通訊”雜志的一篇論文中。