太阳能电池材料结合硅与钙钛矿 效率提升至25.2%

【Technews科技新报】光伏技术市场上，经过几十年研究投资的硅太阳能电池占据 90% 江山，但也已接近其理论极限效率。想让市场成本持续下降，就必须提出更创新的材料，比如最近瑞士科学家带来硅与钙钛矿相结合的太阳能电池，将效率再提升至 25.2%。

硅是太阳能电池首选材料，价格低廉、稳定且高效，目前市场典型的硅太阳能电池效率已达 20～22%──但也接近极限，没有更多发展空间。想让太阳能电池更上一层楼，要不长江后浪推前浪寻求替代品，要不如同老屋新建，将硅结合其他材料以带来新气象。

近年来，钙钛矿的独特性质促使科学家大量研究其在太阳能电池方面的应用潜力，9 年内，钙钛矿电池效率大幅提升 6 倍，从 2009 年以 3.8% 效率运作几分钟，到现在最好的钙钛矿电池拥有 22.7% 效率，并能在严苛测试条件下运作数千小时。

来自瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）与瑞士电子和微技术中心（CSEM）的科学家试着截长补短，将各具优势的硅与钙钛矿结合制成串联电池──钙钛矿负责将绿光、蓝光转换为电能，硅则负责红光、近红外光。

结合这两种材料，我们将能最大限度利用不同波段的太阳光并增加电池发电量，该团队的新型硅-钙钛矿太阳能电池已带来 25.2% 效率，研究主要作者 Florent Sahli 及Jérémie Werner 表示，30% 效率很快就能实现。

不过叠加两种材料来创建有效串联结构也不容易，由于硅表层有如由无数“金字塔”组成，用来捕捉光线并防止其反射，但这种表面纹理使得钙钛矿薄膜难以沉积均匀，当钙钛矿以液体形式沉积时，常常会积聚在金字塔之间的“山谷”，山峰则未被覆盖，导致短路问题出现；如果磨平金字塔，又会降低其光学性能。

硅表层像一片“金字塔”。（Source：洛桑联邦理工学院）

为了解决障碍，团队改使用蒸发法（evaporation method）形成无机基底层来完全覆盖金字塔，再利用旋涂法（spin-coating）添加有机溶液，使其渗入基底层的多孔结构中，最后将衬底加热至 150°C，从而在金字塔顶部形成均匀的钙钛矿薄膜。

听起来又麻烦又复杂，但研究人员说其实很简单，几个额外步骤就能和现有单晶硅生产线兼容，开始供应串联电池，制造成本又不会过高，制造商不需建设全新厂房，只要稍微更新一下既有硅晶电池生产线即可。

（首图来源：洛桑联邦理工学院）