我們都了解，太陽能是光能的重要獲取源頭。硅太陽能電池板可以將光能轉化為電能，常規串聯太陽能電池可以通過吸收額外波長的光轉化為電能，且相較于前者更加有效。

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

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

論文概述了該團隊設計鈣鈦礦/硅設備，并超過目前公認的串聯配置性能極限的全部過程。

團隊成員各司其職、通力合作，共同完成了該研究。其中，MicheleDeBastiani博士提出了研究設想，并和AlessandroJ.Mirabelli一起制造了器件。

多倫多大學電子和計算機工程博士后研究員YiHou、BinChen和AnandS.Subbiah開發了鈣鈦礦帶隙，ErkanAydin和FurkanH.Isikgor開發了串聯頂部接觸和布局。

這項研究得出了雙面單片鈣鈦礦/硅串列太陽能電池利用環境中的漫反射光反照率，使其性能優于單面鈣鈦礦/硅串列太陽能電池的結論。該研究團隊首先報告了在單面AM1.5G陽光的照射下，經認證的功率轉換效率大于25%的雙面串聯在戶外測試下，其發電密度高達26mWcm-2的結果。

同時，研究人員研究了在各種真實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，并供應了兩個具有不同環境條件的位置的能量產額計算。

最后，該團隊比較了單面和雙面鈣鈦礦/硅串列的室外試驗場，以證明串聯雙面性有關具有實際相關反照率的位置的附加值。

新的雙面串聯太陽能電池的主體由硅層和鈣鈦礦層構成。同時，它們還結合了許多其他化合物。StefaanDeWolf教授說：“串聯裝置的復雜性是重要的挑戰。這之中涉及十四種材料，其中每一種材料都必須進行完美優化以考慮反照率的影響。”

圖|相關論文

這項研究的共同重要作者MicheleDeBastiani博士說：“通過利用反照率，我們現在可以出現比常規雙極膜更高的電流，且完全不新增制造成本。”該研究的作者包括多倫多大學電子和計算機工程專業教授TedSargent和博士后研究員YiHou。

過去，研究人員對捕獲間接陽光的潛力已經進行了研究，但尚未通過實驗驗證。除工程技術大學外，阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的研究人員還和卡爾斯魯厄理工學院以及博洛尼亞大學的合作者合作，解決了將間接陽光納入其模塊的能量收集的能力所需的科學和工程挑戰。

然后，在室外條件下，他們測試了雙面串聯太陽能電池，并實現超出任何商用硅太陽能電池板的效率。

“僅雙面硅太陽能電池在光伏市場中的份額就迅速新增，因為它們可以帶來20％的相對性能提升。在鈣鈦礦/硅錫烷中使用該方法能夠比傳統硅太陽能電池的發電效率更高，且可以降低原料的成本。”StefaanDeWolf教授總結說。DeWolf和他的同事與加拿大、德國和意大利的研究小組合作開發了此項技術。

在論文結論中，研究人員通過實驗證明了如何利用雙面性來提高鈣鈦礦/c-Si整體結構的性能。由于采用了較窄的鈣鈦礦帶隙，具有透明背電極的器件結構依賴于反照率來增強底部電池中的電流出現，同時增強鈣鈦礦頂部電池中的電流出現。

這種匹配是針對1.59-1.62ev帶隙鈣鈦礦實現的，其中溴含量與單面鈣鈦礦/c-Si串聯中的溴含量相比最小，從而大大降低了與鹵化物偏析相關的穩定性問題。該團隊在田間試驗中評估了雙面串聯的性能，并預測了不同氣候條件下雙面和單面串聯結構的能量產額。

在這兩種情況下，雙面串聯優于單面配置，這驗證了這項技術的前景。這項工作展示了一種新的高效太陽能電池的潛力，它可以使用一種高性能但價格合理的技術來縮小與30mwcm–2PGD勢壘的差距。

從這里開始，進一步提高設備性能并擴大技術規模，是使這項技術更接近光伏市場的下一個合理步驟。

瑞士洛桑聯邦理工學院光伏實驗室主任克里斯托弗巴利夫教授（ChristopheBallif教授）沒有參與研究。他評論說：“本文首次通過實驗清楚地證明了雙面串聯裝置的證據。研究人員報告的性能定量分析有關制造該技術進入大眾市場所需的穩定設備非常重要。”