钙钛矿-硅太阳能电池的转换效率有望提高至32%

虽然现在愈来愈多科学家秉持着两人合力事倍功半的精神，开始将两种不同太阳能材料串联，盼提高太阳能转换效率，但就像小组报告中总会有人拖后腿，研发串联太阳能不太容易，对此，美国科学家已透过新电池设计，开发全新钙钛矿-硅太阳能电池，转换效率更有望提高至32.2%。

硅晶太阳能是目前最常见的太阳能技术，但它其实并不是转换效率最高的太阳能板，只是具有成本跟制造优势。其中硅只能吸收红外或是近红外光，将其他的光转换成热，且在大规模商业化情况下，硅晶太阳能转换效率也逐渐触顶，因此科学家开始想透过串联技术，让其他太阳能材料来助硅晶一臂之力。

像是英国、瑞士、美国与中国等国都正绞尽脑汁想研发钙钛矿-硅晶太阳能，让钙钛矿吸收蓝光再转换成电流，硅晶则负责转换红光、近红外光。

只不过两种材料合作过程总有摩擦，目前技术多是将钙钛矿层直接迭在硅太阳能板上，但材料相迭后会发生能隙重迭效应(bandgapoverlapeffect)，使底部硅晶电池性能大打折扣，且将串联两种电池更意味着电路设计也跟过去所不同，两个电池的输出量也必须要一样，因此电力输出较高的电池会受到较低那一方的限制，这让钙钛矿-硅太阳能在发电跟制造方面都存有极大挑战。

对此，美国华盛顿大学科学家采用全新的太阳能制程与结构设计，让钙钛矿直接“生长”在硅基太阳能板上，值得注意的是，钙钛矿太阳能板并不是将蓝光转换成电，而是将蓝光转变成近红外光，让底下的硅晶太阳能板可以吸收并转换更多的光。

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该团队主要是受到之前中国研究的启发，两年前中国吉林大学也有做过类似实验，他们把稀土金属镱喷涂在钙钛矿上之后，发现新型太阳能明明已吸收蓝光产生电子，但并不会产生电流，而是将能量输送给镱原子，而这并非坏事，因为镱原子激发后会发射近红外光，这一现象反而有助下方的硅晶太阳能吸收光，进一步提高转换效率。

华盛顿大学化学家DanielGamelin表示，镱原子所产生的近红外光子大多会传到下方的硅太阳能电池中，让太阳能板更有效的吸收光，与此同时也能降低热导致的损失。但科学家若要采用这一方案，还是有些许挑战待跨，像是钙钛矿太阳能板如何迭加在硅晶太阳能板之上、如何让钙钛矿材料分布均匀等。

为解决这一挑战，华盛顿大学科学团队也运用新制程，他们透过常见的太阳能生长方法“真空沉积(Vacuumdeposition)”技术，成功在14公分大小的硅太阳能板上形成掺杂镱的钙钛矿层。新型太阳能板的性能也相当好，Gamelin估计新型太阳能应该可以转换32.2%的太阳光，与过去研究的27%效率相比已提高19.2%。

虽然目前尚不知道该技术是否可以将转换效率提高到如此境界，毕竟团队还无法知道镱原子在转换过程中会流失多少近红外光，但对于太阳能产业来说，能提高转换效率基本上就是一大好事。