卡爾斯魯厄理工學(xué)院 (KIT) 的研究人員開(kāi)發(fā)了一種可完全擴(kuò)展的全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能模塊原型。這些模塊的效率高達(dá) 19.1%，孔徑面積為 12.25 平方厘米。通過(guò)優(yōu)化光路、高通量激光劃片和使用成熟的工業(yè)涂層方法來(lái)提高效率，這一結(jié)果是全球首次報(bào)道的此類(lèi)結(jié)果。研究人員在《自然能源》雜志上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

作為一種容易獲得且用途廣泛的能源，陽(yáng)光在從化石燃料到可再生能源的過(guò)渡以及獨(dú)立能源供應(yīng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。太陽(yáng)能電池將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。近年來(lái)，由鈣鈦礦半導(dǎo)體制成的太陽(yáng)能電池由于其高效率和低生產(chǎn)成本而顯示出巨大的前景。但是，盡管取得了巨大進(jìn)展，單個(gè)鈣鈦礦電池的效率仍然有限。這個(gè)限制可以通過(guò)堆疊兩個(gè)具有不同帶隙的太陽(yáng)能電池來(lái)克服。帶隙是一種材料特性，它決定了太陽(yáng)能電池吸收入射光譜的一部分來(lái)發(fā)電。

堆疊提高效率

串聯(lián)太陽(yáng)能電池使用更廣泛的光譜范圍并產(chǎn)生更多電力，從而提高效率。具有可調(diào)帶隙的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是理想的串聯(lián)搭檔，不僅適用于其他材料制成的太陽(yáng)能電池，而且適用于全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池。它們具有低成本生產(chǎn)、基于溶液的加工方法、機(jī)械靈活性以及將具有不同鈣鈦礦帶隙的電池組合的自由度。研究人員預(yù)計(jì)，如果全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池能夠滿(mǎn)足穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性的要求，它們將在未來(lái)獲得較高的市場(chǎng)份額。可擴(kuò)展性意味著新設(shè)計(jì)可以在更大規(guī)模和大規(guī)模生產(chǎn)中應(yīng)用。

由 KIT 微結(jié)構(gòu)技術(shù)研究所 (IMT) 和光技術(shù)研究所 (LTI) 的 Tenure-Track 教授 Ulrich W. Paetzold 領(lǐng)導(dǎo)的部門(mén)已成功開(kāi)發(fā)出可擴(kuò)展的高效全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能模塊原型。研究人員能夠?qū)蝹€(gè)鈣鈦礦電池在 0.1 平方厘米的孔徑面積下以高達(dá) 23.5% 的效率放大到全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能模塊，在 12.25 平方厘米的孔徑面積下效率為 19.1%?？讖絽^(qū)域是未被電極、框架或緊固件覆蓋的表面的可用部分。在大約 5% 時(shí)，放大時(shí)的效率損失相對(duì)較低。“這是全球第一份關(guān)于全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能組件的報(bào)告，”Bahram Abdollahi Nejand 博士說(shuō)，

通過(guò)三項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)升級(jí)

這一非凡的成果基于三項(xiàng)關(guān)鍵創(chuàng)新。KIT 研究人員通過(guò)優(yōu)化光路和減少太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中的反射來(lái)提高效率。他們使用高通量激光劃片實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)太陽(yáng)能模塊的有效布局，從而能夠生產(chǎn)具有兩端互連電池條的功能性串聯(lián)太陽(yáng)能迷你模塊。最后，他們使用了已經(jīng)確立的工業(yè)實(shí)踐的涂層工藝(刀片涂層和真空沉積)。

“只有通過(guò) KIT 的綜合專(zhuān)業(yè)知識(shí)才能實(shí)現(xiàn)這一杰出的研究成果。這將為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的進(jìn)一步工作提供動(dòng)力，通過(guò)擴(kuò)大規(guī)模和提高穩(wěn)定性，使全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能組件的可持續(xù)和開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)在商業(yè)上可行， “帕佐德說(shuō)。

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