我們都了解，太陽(yáng)能是光能的重要獲取源頭。硅太陽(yáng)能電池板可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，常規(guī)串聯(lián)太陽(yáng)能電池可以通過(guò)吸收額外波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)化為電能，且相較于前者更加有效。

不僅如此，研究人員已經(jīng)意識(shí)到，使用雙面串聯(lián)配置，即利用傳統(tǒng)硅基層和鈣鈦礦制成的另一層“串聯(lián)”組合的新系統(tǒng)，可以搜集到更多的能量，還可以捕獲許多原本浪費(fèi)的、從地面反射和散射的光（稱為“反照率”）來(lái)顯著新增串聯(lián)太陽(yáng)能電池的電流。

2021年一月十一日，國(guó)際合作組織（包括阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）和U.T工程學(xué)院的研究人員）在《自然能源》雜志上發(fā)表了一篇名為《基于帶隙工程的高效鈣鈦礦/硅雙層單片太陽(yáng)能電池》（Efficientbifacialmonolithicperovskite/silicontandemsolarcellsviabandgapengineering）的論文。

論文概述了該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)鈣鈦礦/硅設(shè)備，并超過(guò)目前公認(rèn)的串聯(lián)配置性能極限的全部過(guò)程。

團(tuán)隊(duì)成員各司其職、通力合作，共同完成了該研究。其中，MicheleDeBastiani博士提出了研究設(shè)想，并和AlessandroJ.Mirabelli一起制造了器件。

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多倫多大學(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程博士后研究員YiHou、BinChen和AnandS.Subbiah開(kāi)發(fā)了鈣鈦礦帶隙，ErkanAydin和FurkanH.Isikgor開(kāi)發(fā)了串聯(lián)頂部接觸和布局。

這項(xiàng)研究得出了雙面單片鈣鈦礦/硅串列太陽(yáng)能電池利用環(huán)境中的漫反射光反照率，使其性能優(yōu)于單面鈣鈦礦/硅串列太陽(yáng)能電池的結(jié)論。該研究團(tuán)隊(duì)首先報(bào)告了在單面AM1.5G陽(yáng)光的照射下，經(jīng)認(rèn)證的功率轉(zhuǎn)換效率大于25%的雙面串聯(lián)在戶外測(cè)試下，其發(fā)電密度高達(dá)26mWcm-2的結(jié)果。

同時(shí)，研究人員研究了在各種真實(shí)光照和反照率條件下獲得最佳電流匹配所需的鈣鈦礦帶隙，比較了暴露在不同反照率下的這些雙面柱的性質(zhì)，并供應(yīng)了兩個(gè)具有不同環(huán)境條件的位置的能量產(chǎn)額計(jì)算。

最后，該團(tuán)隊(duì)比較了單面和雙面鈣鈦礦/硅串列的室外試驗(yàn)場(chǎng)，以證明串聯(lián)雙面性有關(guān)具有實(shí)際相關(guān)反照率的位置的附加值。

新的雙面串聯(lián)太陽(yáng)能電池的主體由硅層和鈣鈦礦層構(gòu)成。同時(shí)，它們還結(jié)合了許多其他化合物。StefaanDeWolf教授說(shuō)：“串聯(lián)裝置的復(fù)雜性是重要的挑戰(zhàn)。這之中涉及十四種材料，其中每一種材料都必須進(jìn)行完美優(yōu)化以考慮反照率的影響?！?/p>

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圖|相關(guān)論文

這項(xiàng)研究的共同重要作者M(jìn)icheleDeBastiani博士說(shuō)：“通過(guò)利用反照率，我們現(xiàn)在可以出現(xiàn)比常規(guī)雙極膜更高的電流，且完全不新增制造成本?！痹撗芯康淖髡甙ǘ鄠惗啻髮W(xué)電子和計(jì)算機(jī)工程專業(yè)教授TedSargent和博士后研究員YiHou。

過(guò)去，研究人員對(duì)捕獲間接陽(yáng)光的潛力已經(jīng)進(jìn)行了研究，但尚未通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。除工程技術(shù)大學(xué)外，阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）的研究人員還和卡爾斯魯厄理工學(xué)院以及博洛尼亞大學(xué)的合作者合作，解決了將間接陽(yáng)光納入其模塊的能量收集的能力所需的科學(xué)和工程挑戰(zhàn)。

然后，在室外條件下，他們測(cè)試了雙面串聯(lián)太陽(yáng)能電池，并實(shí)現(xiàn)超出任何商用硅太陽(yáng)能電池板的效率。

“僅雙面硅太陽(yáng)能電池在光伏市場(chǎng)中的份額就迅速新增，因?yàn)樗鼈兛梢詭?lái)20％的相對(duì)性能提升。在鈣鈦礦/硅錫烷中使用該方法能夠比傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池的發(fā)電效率更高，且可以降低原料的成本?！盨tefaanDeWolf教授總結(jié)說(shuō)。DeWolf和他的同事與加拿大、德國(guó)和意大利的研究小組合作開(kāi)發(fā)了此項(xiàng)技術(shù)。

在論文結(jié)論中，研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了如何利用雙面性來(lái)提高鈣鈦礦/c-Si整體結(jié)構(gòu)的性能。由于采用了較窄的鈣鈦礦帶隙，具有透明背電極的器件結(jié)構(gòu)依賴于反照率來(lái)增強(qiáng)底部電池中的電流出現(xiàn)，同時(shí)增強(qiáng)鈣鈦礦頂部電池中的電流出現(xiàn)。

這種匹配是針對(duì)1.59-1.62ev帶隙鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)的，其中溴含量與單面鈣鈦礦/c-Si串聯(lián)中的溴含量相比最小，從而大大降低了與鹵化物偏析相關(guān)的穩(wěn)定性問(wèn)題。該團(tuán)隊(duì)在田間試驗(yàn)中評(píng)估了雙面串聯(lián)的性能，并預(yù)測(cè)了不同氣候條件下雙面和單面串聯(lián)結(jié)構(gòu)的能量產(chǎn)額。

在這兩種情況下，雙面串聯(lián)優(yōu)于單面配置，這驗(yàn)證了這項(xiàng)技術(shù)的前景。這項(xiàng)工作展示了一種新的高效太陽(yáng)能電池的潛力，它可以使用一種高性能但價(jià)格合理的技術(shù)來(lái)縮小與30mwcm–2PGD勢(shì)壘的差距。

從這里開(kāi)始，進(jìn)一步提高設(shè)備性能并擴(kuò)大技術(shù)規(guī)模，是使這項(xiàng)技術(shù)更接近光伏市場(chǎng)的下一個(gè)合理步驟。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院光伏實(shí)驗(yàn)室主任克里斯托弗巴利夫教授（ChristopheBallif教授）沒(méi)有參與研究。他評(píng)論說(shuō)：“本文首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)清楚地證明了雙面串聯(lián)裝置的證據(jù)。研究人員報(bào)告的性能定量分析有關(guān)制造該技術(shù)進(jìn)入大眾市場(chǎng)所需的穩(wěn)定設(shè)備非常重要?！?/p>