高效太陽能電池的理想串聯(lián)體，石墨烯、鈣鈦礦和硅

（文章來源：中國數(shù)字科技館）

羅馬托爾維加塔大學(xué)、意大利理工學(xué)院(IIT)的研究人員及其附屬機(jī)構(gòu)石墨烯旗艦成員BeDimensional與ENEA合作，成功地將石墨烯與串聯(lián)的鈣鈦礦-硅太陽能電池相結(jié)合，其效率高達(dá)26.3%。此外，他們還設(shè)想了一種新的制造方法，由于石墨烯多功能的特性，這種方法可以降低生產(chǎn)成本，并可用于生產(chǎn)大面積的太陽能電池板?；谑┑拇?lián)太陽能電池效率幾乎是純硅的兩倍。

物理定律將硅太陽能電池的最高效率限制在32%。出于這個原因，科學(xué)家們已然耗費(fèi)數(shù)十年的時間試圖找到其他替代品，如III-V型半導(dǎo)體（具體是什么物質(zhì)呢，不常見的專有名詞最好都需要注解）和鈣鈦礦。然而，后者的制造存在幾個挑戰(zhàn)，其中擴(kuò)大太陽能電池板的生產(chǎn)是邁向成功的關(guān)鍵一步。利用“串聯(lián)電池”，科學(xué)家們先前已經(jīng)將硅和鈣鈦礦的優(yōu)勢結(jié)合起來——然而，穩(wěn)定性、效率和大規(guī)模生產(chǎn)似乎仍然是一個遙不可及的夢想。

但后來石墨烯出現(xiàn)了——它可能會改變整個過程。石墨烯旗艦項(xiàng)目的研究人員發(fā)現(xiàn)了石墨烯捕獲能量的潛力，事實(shí)上，他們已經(jīng)致力于兩個不同的面向工業(yè)的“先鋒項(xiàng)目”，以挖掘石墨烯太陽能電池的可能性。

這篇發(fā)表在《焦耳》雜志（Joule）上的新論文，標(biāo)題為《機(jī)械堆疊的雙端石墨烯基鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池具有25.9%的穩(wěn)定效率》（“Mechanically stacked, two-terminal graphene-based perovskite/silicon tandem solar cell with 25.9% stabilized efficiency”），再次證明了石墨烯和相關(guān)的層狀材料將使更高效、更經(jīng)濟(jì)的大面積太陽能電池板實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。

羅馬托爾維加塔大學(xué)石墨烯旗艦合作伙伴大學(xué)的主要作者和研究員Aldo di Carlo解釋道：“我們制造石墨烯太陽能電池的新方法提供了雙重優(yōu)勢。首先，它可以用于增強(qiáng)現(xiàn)所有不同類型的鈣鈦礦太陽能電池，包括那些在高溫下加工的電池。但更重要的是，我們可以利用廣泛使用的“溶液制造方法”來整合我們的石墨烯，這是進(jìn)一步工業(yè)化應(yīng)用我們的技術(shù)并提供大表面、石墨烯太陽能電池板的關(guān)鍵”。

論文的合作者、石墨烯旗艦產(chǎn)品BeDimensional的聯(lián)合創(chuàng)始人Francesco Bonaccorso表示：“在石墨烯旗艦產(chǎn)品的背景下提出的這種創(chuàng)新方法，是朝著開發(fā)串聯(lián)太陽能電池邁出的第一步，這種電池的效率高于單節(jié)硅器件的極限。分層的材料將是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵?！?/p>

石墨烯旗艦?zāi)茉瓷a(chǎn)一攬子工作負(fù)責(zé)人Emmanuel Kymakis說：“在充分利用鈣鈦礦-硅串聯(lián)pv概念之前，必須解決一些兼容性問題。這項(xiàng)開創(chuàng)性的工作表明，GRMs油墨帶有隨機(jī)應(yīng)變的形態(tài)和可協(xié)調(diào)的光電性能在串聯(lián)結(jié)構(gòu)中的集成，有利于高通量的工業(yè)制造。石墨烯和相關(guān)材料提高了這些器件的性能，包括穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。堆疊硅-鈣鈦礦配置將作為新的石墨烯旗艦先鋒項(xiàng)目GRAPES的基礎(chǔ)，該項(xiàng)目將進(jìn)行石墨烯基鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽能電池的中試生產(chǎn)，為打破30％的效率屏障鋪平了道路，并顯著降低了平均能源成本?！?/p>

石墨烯旗艦項(xiàng)目的科學(xué)技術(shù)官員及管理委員會主席Andrea C. Ferrari補(bǔ)充道：“自石墨烯旗艦項(xiàng)目啟動以來，石墨烯及相關(guān)材料在太陽能發(fā)電方面的應(yīng)用被視為一項(xiàng)戰(zhàn)略重點(diǎn)。第一個以石墨烯為基礎(chǔ)的太陽能發(fā)電廠將于今年建成。這些新結(jié)果將為我們在接下來的三年中努力生產(chǎn)定義最先進(jìn)技術(shù)的面板奠定了基礎(chǔ)。 這也說明了石墨烯旗艦的工作與聯(lián)合國的‘可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)’緊密相關(guān)?！?br /> （責(zé)任編輯：fqj）