- 新型串聯太陽能電池能量轉換效率達29.71%。
- 研究團隊使用2PyS改善鈣鈦礦材料的穩定性。
- 串聯設計使電池能捕捉更多陽光，產生更多電力。
- 新電池在2000小時後仍保持超過91%的原始效率。
中國研究人員開發出一種新型串聯太陽能電池，其能量轉換效率達到 29.71%。研究團隊通過添加一種名為 bis(2-pyridylmethyl) sulfide (2PyS) 的含硫化合物，改善了鈣鈦礦材料的穩定性，該化合物有助於減少通常隨時間降低性能的微小缺陷。它還能防止帶電粒子的運動，限制光誘導的材料變化，從而降低太陽能電池的性能。這一突破有助於提高下一代太陽能電池的效率、延長使用壽命，並使其更適合商業用途。
智能太陽能化學 中國科學院的研究人員開發出一款高效的串聯太陽能電池，該電池結合了兩種不同的太陽能技術，能夠捕捉更多陽光並將其轉換為電能。這款新設備實現了 29.71% 的能量轉換效率，使其成為目前報告中性能最好的鈣鈦礦/CIGS 串聯太陽能電池之一。該太陽能電池的設計為上層鈣鈦礦材料和下層的 CIGS（銅、鎵、鋁、硒）太陽能電池。上層鈣鈦礦材料專門用於吸收高能量的陽光，而下層 CIGS 材料則捕捉穿透的低能量光。
通過將陽光分配給兩種材料，串聯太陽能電池能生成比傳統單層太陽能電池更多的電力，PV Magazine 報導。
2PyS在鈣鈦礦中的作用
對於寬帶隙鈣鈦礦材料而言，最大的挑戰之一是其隨時間的穩定性較差。製造過程中材料內部可能形成微小缺陷，導致帶電粒子的運動，隨著時間的推移，性能會逐漸下降，尤其是在長時間暴露於陽光和高温的情況下。為瞭解決這一問題，中國研究人員在製造過程中引入了一種名為 bis(2-pyridylmethyl) sulfide (2PyS) 的含硫有機化合物。該化合物不僅在太陽能電池製造完成後修復缺陷，還能控制鈣鈦礦晶體的形成過程。
根據研究團隊的説法，2PyS 與鈣鈦礦材料中的鉛離子有強烈的相互作用，這有助於減少缺陷數量，限制鹵素離子的運動，並防止材料在陽光下分離成不同相。
這些變化使鈣鈦礦層更加穩定，並提高其將陽光轉換為電能的能力。研究人員發現，2PyS 使晶體形成速度降低，從而使鈣鈦礦薄膜更均勻地生長。這樣的結果使得層面更光滑、質量更高，缺陷更少，從而減少能量損失，提高設備的整體性能。該串聯太陽能電池由半透明的鈣鈦礦上層電池和 CIGS 下層電池組成。單獨使用時，CIGS 電池在全日照下的效率為 19.65%。然而，當置於串聯設備中的鈣鈦礦層下方時，由於上層電池吸收了一部分光譜，CIGS 電池的效率降至 7.5%。
而鈣鈦礦上層電池的效率則達到 22.21%，PV Magazine 報導。
新設計的耐久性測試
當兩個電池以四端子（4T）串聯配置共同運作時，其綜合輸出達到了 29.71% 的整體效率。研究人員還測試了這一新設計的耐久性。在 2,000 小時的持續運行後，串聯太陽能電池保持了超過 91% 的原始效率，顯示出強大的長期穩定性。團隊相信，使用 2PyS 的新協調工程方法將幫助克服商業鈣鈦礦太陽能電池面臨的最大障礙之一。通過提高效率和耐久性，該技術將支持下一代太陽能電池的發展，能夠在更長的時間內產生更多電力，同時維持性能。
新材料對太陽能電池的影響
這項研究展示了通過新材料改善鈣鈦礦太陽能電池性能的潛力。2PyS的引入不僅提升了電池的能量轉換效率，還增強了其長期穩定性，這對於商業化應用至關重要。隨著太陽能技術的進步，這種高效且耐用的電池設計將可能在未來的可再生能源市場中佔據重要地位，推動可持續能源的發展。