麻省理工学院(MIT)和斯坦福大学(Stanford University)的研究人员已经开发出一种新型太阳能电池，它结合了两层不同的吸光材料，以获得更大范围的太阳能。研究人员说，这一进展可能会带来比目前在太阳能发电装置中使用的更高效的光伏电池。(图1）.
这种新电池使用一层硅——这是目前大多数太阳能电池板的基础——但添加了一层半透明的钙钛矿材料，它可以吸收更高能量的光粒子。与早期“串联”太阳能电池今年早些时候由同一团队的成员——身体上堆放两层,但每个都有自己的独立的电气连接——新版本有两层连接在一起作为一个单独的设备,只需要一个控制电路(图2）
图1所示。麻省理工-斯坦福大学团队生产的单片钙钛矿-硅多结太阳能电池的测试样品。（图片由Felice Frankel提供）.
新的发现是报道MIT研究生Jonathan Mailoa在《应用物理快报》上发表的文章;机械工程副教授Tonio Buonassisi;斯坦福大学的科林·贝利(Colin Bailie)和迈克尔·麦基(Michael McGehee);和其他四人。
“不同的层吸收阳光的不同部分，”迈约亚解释说。在早期的串联太阳能电池中，两层光伏材料可以相互独立运行，并需要各自的布线和控制电路，使得每个电池可以独立调节以获得最佳性能。
相比之下，新的组合版本应该更容易制作和安装，Mailoa说。“它的优点在于简单，因为它的外观和操作就像一个单一的硅电池，”他说，只需要一个电气控制电路。
一个折衷是，产生的电流受到两层中较低一层的容量的限制。Buonassisi解释说,电流可以被认为是类似于水的体积通过管道,管道的直径限制的:如果你连接两个不同直径的管道长度,一个接一个,“窄管水的量是有限的,”他说。将两个太阳能电池层串联在一起对电流有相同的限制作用。
为了解决这个限制，团队的目标是尽可能精确地匹配这两层的当前输出。在这个概念验证的太阳能电池中，这意味着总功率输出大约与传统的太阳能电池相同;该团队现在正在努力优化输出。
图2所示。原理图显示了混合太阳能电池的层状结构。顶部的亚电池，由钙钛矿(蓝色)制成，吸收来自太阳的大部分高能光子(蓝色箭头)，同时让较低能量的光子(红色箭头)通过，在那里它们被较低能量的亚电池由硅(灰色)制成。
钙钛矿已经被用于潜在的电子应用，包括太阳能电池，但这是它们第一次成功地与这种配置的硅电池配对，这是一个壮举，提出了许多技术挑战。现在，该团队正专注于提高电能效率——太阳能转化为电能的比例——这是可能的。在这个最初的版本中,效率是13.7%,但是研究人员说他们已经确定了低成本的方法改善今天的约30%,大幅改善的商业硅基太阳能电池,他们说这项技术最终可能达到的功率效率超过35%。
他们还将探索如何轻松地制造这种新型设备，但Buonassisi说，这应该是相对简单的，因为这种材料可以通过与传统硅电池制造方法非常相似的方法来制造。
其中一个障碍是如何使这种材料足够耐用以实现商业可行性:钙钛矿材料在露天环境下降解很快，因此需要对其进行改造，以提高其固有的耐久性，或者封装以防止暴露在空气中——而不显著增加制造成本，也不降低性能。
Buonassisi说，这种精确的配方可能不是更好的太阳能电池的最有利条件，但它是值得探索的几种途径之一。“我们现在的工作是为世界提供选择，”他说。“市场将从中进行选择。”
“我认为这项研究意义重大，”澳大利亚新南威尔士大学(University of New South Wales)教授马丁·格林(Martin Green)说，他与这项研究没有关联。“这项工作对建立概念验证很重要，并将激发这种方法的更高效率。这是在这个领域进一步工作的一个很好的起点。”
该研究团队还包括麻省理工学院的Eric Johlin博士和博士后Austin Akey，以及斯坦福大学的Eric Hoke和William Nguyen。它得到了旧金山湾区光伏联盟和美国能源部的支持。
