EPFL研究人員通過探索生長這些晶體的最佳方法來突破鈣鈦礦太陽能電池性能的極限。

Michael Graetzel和他的團隊發(fā)現(xiàn)，在制造鈣鈦礦晶體時，通過短暫地降低壓力，它們可以實現(xiàn)有史以來針對大尺寸鈣鈦礦太陽能電池測得的最高性能，效率超過20%，并與傳統(tǒng)薄膜的性能相當相似大小的太陽能電池。他們的結(jié)果發(fā)表在《科學》雜志上。

對于鈣鈦礦技術(shù)來說，這已經(jīng)是一個有希望的消息了，它已經(jīng)很便宜并且正在工業(yè)化發(fā)展中。

但是，高嶺土的高性能并不一定預示著硅基太陽能技術(shù)的滅頂之災。除了確定實際設(shè)備的穩(wěn)定性之外，仍然需要解決有關(guān)當前鈣鈦礦太陽能電池原型中鉛含量的安全問題。

在硅上層疊鈣鈦礦以制造混合太陽能電池板實際上可以促進硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。效率可能超過30%，理論極限約為44%。性能的提高將歸功于更多的太陽能：鈣鈦礦頂層將吸收較高能量的光，而穿過鈣鈦礦的較低能量的陽光將被硅層吸收。

從染料太陽能電池到鈣鈦礦

Graetzel以透明的染料敏化太陽能電池而聞名。事實證明，第一個鈣鈦礦太陽能電池是染料敏化電池，其中染料被鈣鈦礦小顆粒代替。

他的實驗室最新的鈣鈦礦原型，大約相當于SD卡的大小，看起來像一塊玻璃，一側(cè)被鈣鈦礦薄膜變黑。與透明的染料敏化電池不同，鈣鈦礦太陽能電池是不透明的。

如何制造鈣鈦礦太陽能電池

為了制造鈣鈦礦太陽能電池，科學家們必須種植具有特殊結(jié)構(gòu)的晶體，這種晶體被稱為“鈣鈦礦”，這是由俄羅斯礦物學家列夫·珀羅夫斯基發(fā)現(xiàn)的。

科學家首先將選擇的化合物溶解在液體中，以制造出一些“墨水”。然后，他們將墨水放在可以導電的特殊類型的玻璃上。墨水變干，留下的薄膜會在施加溫和的熱量時在玻璃頂部結(jié)晶。最終結(jié)果是鈣鈦礦晶體薄層。

棘手的部分是生長鈣鈦礦晶體的薄膜，以使所得的太陽能電池吸收最大量的光?？茖W家一直在尋找具有大晶粒尺寸的光滑且規(guī)則的鈣鈦礦層，以提高光伏發(fā)電量。

例如，在墨水仍濕潤時旋轉(zhuǎn)電池，會使墨水變平并從一些多余的液體中芯吸，從而形成更規(guī)則的薄膜。Graetzel及其團隊使用的一種新的真空閃蒸技術(shù)還可以選擇性地去除這種多余液體中的揮發(fā)性成分。同時，真空閃光的爆發(fā)為晶體形成創(chuàng)造了種子，從而導致了具有高電子質(zhì)量的非常規(guī)則且發(fā)亮的鈣鈦礦晶體。