分层太阳能电池技术可提高效率和价格承受能力

 
太阳能的未来越来越光明。 CU Boulder的研究人员通过层叠电池并使用元素的独特组合，创建了一种低成本太阳能电池，该太阳能电池具有迄今为止最高的功率转换效率。
化学和生物工程学系教授，论文的合著者迈克尔·麦基海说：“我们采用了一种产品，该产品每年可为一个价值300亿美元的产业提供帮助，并使它的性能提高30%。”科学，描述了技术。 “这很重要。”
研究人员采用了钙钛矿太阳能电池(一种旨在收集更高能量的光子的晶体结构)，并将其分层放置在硅太阳能电池的顶部，该硅太阳能电池在光谱的红外部分捕获了更多的光子，该部分由辐射能组成。我们看不到，但我们可以感觉到像热一样。结合钙钛矿，硅太阳能电池的效率提高了21%，效率提高到27%，提高了三分之一。
多年来，硅太阳能电池一直是太阳能行业的标准。但是目前的硅基电池平均只能将太阳能量的18%到21%转换成可用电，它们的最大利用率约为26.6%。
可再生与可持续能源研究所的研究员麦格希说，这意味着现在安装电池要比购买电池贵。
太阳能电池板的平均效率低于最大效率，因为无论单个小型太阳能电池有多好，将其应用到大型电池板上时，它都会损失大约三个百分点-就像运动队一样出色作为其平均玩家。但是，如果您可以提高整体效率，则不必安装太多的面板即可获得相同的电量。
效率的显着提高是将另一个太阳能电池置于现有的太阳能电池之上，而这正是McGehee和他的研究人员所做的。
负担得起的秘密配方
这并不是研究人员第一次将太阳能电池分层以提高效率。该概念(也称为串联或多结太阳能电池)于1970年代首次提出，太阳能电池效率的世界纪录已超过45%。然而，它的价格却很高：每平方米80,000美元，原因是这些电池一次只能生长一个原子层，从而形成一个大的单晶。可能不是普通房主或企业可以负担的费用。
McGehee和他的研究人员是使用钙钛矿的层状太阳能电池新方向的先驱，而钙钛矿的价格要便宜一百多倍。
他们不到10年前就开始提出在硅片上使用较便宜的材料的概念，起初仅实现了约13%的效率。但是，通过技术改进，他们已经能够使这一数字增加一倍以上。
他们的秘密配方涉及一种独特的氯，溴和碘的三卤化物合金。
McGehee认为，在太阳能电池中，存在理想的带隙。这是半导体中能级之间的空间，电子在这些能级之间跳跃并产生电能。
溴会增加这种带隙，但是当与碘一起使用并暴露在光线下时，这些元素并不总是保留在原位。先前的研究试图将氯和碘一起使用，但是由于这些元素的粒径不同，因此钙钛矿晶体结构中没有足够的氯。但是，研究人员通过使用不同量的氯，溴和碘，找到了一种收缩晶体结构，允许更多氯含量的方法，从而稳定并提高了电池效率。
钙钛矿也很便宜，制造起来不耗能源，并且在实验室中容易制造。甚至在经过1000个小时(或将近42天)的强光和热测试之后，这些新型太阳能电池的初始效率变化也很小。
随着太阳能市场每年以大约30%的速度增长，效率，成本和寿命是新技术成为主流的主要考虑因素。
McGehee对该宽带隙多层钙钛矿太阳能电池的潜力感到乐观。
McGehee说，不仅它现在已经超过了纯硅太阳能电池的最大效率，“我们相信它可以使我们的效率提高30%以上，并且可以保持稳定。”