新型双层太阳能电池能效创新纪录

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校等机构的研究人员开发出一种新型薄膜太阳能电池,其双层设计大大提高了光电转换效率,性能创造了同类太阳能电池新纪录。这一成果发表在新一期美国《科学》杂志上。

这种双层串联结构的太阳能电池,上层喷涂了1微米厚的钙钛矿,有助于高效捕捉太阳能,底层是厚约2微米的铜铟镓硒薄膜(CIGS)电池。薄膜电池表面经过纳米级的加工,再加上聚合有机物空穴传输层。这种设计可以让电池产生更高的电压,从而增加输出功率。整个组件安装在厚约2毫米的玻璃基板上。

新型电池的光电转换效率高达22.4%,比2015年美国国际商用机器公司(IBM)研发的同类太阳能电池10.9%的光电转换效率提高了一倍多。这一新纪录已得到美国能源部下属国家可再生能源实验室确认。

研究负责人、加利福尼亚大学洛杉矶分校教授杨阳说,双层串联的设计,使电池可以通过上下两个层面捕捉太阳光谱不同波段光的能量,与传统的CIGS太阳能电池的单层设计相比,能吸收转换更多的太阳能。

杨阳表示,这项技术使CIGS太阳能电池的性能提高了近20%,也意味着能源成本降低了20%。研究团队的下一个目标是将电池的光电转换效率提高至30%。

钙钛矿材料是指一类陶瓷氧化物,因类似结构最早在天然钙钛矿中被发现而得名。钙钛矿太阳能电池被认为是光伏产业的未来热点,其喷涂技术成本低廉,易于操作,容易应用到现有的太阳能电池制造工艺中。钙钛矿的应用可大大提高发电效率,与汽车发动机上安装涡轮增压器的效果类似。