我們都知道，太陽能是光能的主要獲取源頭。硅太陽能電池板可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，常規(guī)串聯(lián)太陽能電池可以通過吸收額外波長的光轉(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”）來顯著增加串聯(lián)太陽能電池的電流。

2021年1月11日，國際合作組織（包括阿卜杜拉國王科技大學(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，并超過目前公認(rèn)的串聯(lián)配置性能極限的全部過程。

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。

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開發(fā)了鈣鈦礦帶隙，ErkanAydin和FurkanH.Isikgor開發(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)在戶外測試下，其發(fā)電密度高達(dá)26mWcm-2的結(jié)果。

同時，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)，并提供了兩個具有不同環(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，以證明串聯(lián)雙面性對于具有實(shí)際相關(guān)反照率的位置的附加值。

新的雙面串聯(lián)太陽能電池的主體由硅層和鈣鈦礦層構(gòu)成。同時，它們還結(jié)合了許多其他化合物。StefaanDeWolf教授說：“串聯(lián)裝置的復(fù)雜性是主要的挑戰(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。”

這項(xiàng)研究的共同主要作者M(jìn)icheleDeBastiani博士說：“通過利用反照率，我們現(xiàn)在可以產(chǎn)生比常規(guī)雙極膜更高的電流，且完全不增加制造成本。”該研究的作者包括多倫多大學(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。

過去，研究人員對捕獲間接陽光的潛力已經(jīng)進(jìn)行了研究，但尚未通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。除工程技術(shù)大學(xué)外，阿卜杜拉國王科技大學(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，他們測試了雙面串聯(lián)太陽能電池，并實(shí)現(xiàn)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增加，因?yàn)樗鼈兛梢詭?0％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(tǒng)硅太陽能電池的發(fā)電效率更高，且可以降低原料的成本。”StefaanDeWolf教授總結(jié)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(fā)了此項(xiàng)技術(shù)。

在論文結(jié)論中，研究人員通過實(shí)驗(yàn)證明了如何利用雙面性來提高鈣鈦礦/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)依賴于反照率來增強(qiáng)底部電池中的電流產(chǎn)生，同時增強(qiáng)鈣鈦礦頂部電池中的電流產(chǎn)生。

這種匹配是針對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)定性問題。該團(tuán)隊(duì)在田間試驗(yàn)中評估了雙面串聯(lián)的性能，并預(yù)測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能電池的潛力，它可以使用一種高性能但價格合理的技術(shù)來縮小與30mwcm–2PGD勢壘的差距。

從這里開始，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)更接近光伏市場的下一個合理步驟。

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）沒有參與研究。他評論說：“本文首次通過實(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)告的性能定量分析對于制造該技術(shù)進(jìn)入大眾市場所需的穩(wěn)定設(shè)備非常重要。”