對(duì)于太陽(yáng)能電池來(lái)說，其設(shè)計(jì)方面跟雙刀片剃刀一樣，那就是兩步工作模式總比一種好。將兩種太陽(yáng)能電池重疊起來(lái)是一種不錯(cuò)的設(shè)計(jì)，上層是一種半透明材料，可以將高能光子轉(zhuǎn)換成電能；而底層材料則可以將低能光子進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這使得跟多的光能可以被轉(zhuǎn)換成電能。
迄今為止，該過程所需的復(fù)雜技術(shù)主要局限于空間或密集光伏（ CPV）領(lǐng)域。這種“疊層電池”是在非常昂貴的單晶晶片上生長(zhǎng)得到的，因此不利于大規(guī)模生產(chǎn)。 EMPA—瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室薄膜材料和光伏實(shí)驗(yàn)室的 Stephan Buecheler 和 Ayodhya N. Tiwari 帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了在多晶薄膜上生長(zhǎng)疊層太陽(yáng)能電池，這種方法成本低廉，因此有利于大規(guī)模應(yīng)用，為大規(guī)模制造高效太陽(yáng)能電池提供了可能。這種方法的秘密是：研究人員在非常低的溫度（ 50℃）下制造了這種頂層太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦薄膜，這種制作過程耗能小，成本低廉，非常有應(yīng)用前景。這種疊層太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 20.5%。 Empa 的研究人員認(rèn)為這種方法制作的電池有可能進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率。
分子足球作為這種魔力晶體的基礎(chǔ)材料
這種雙層材料的成功得益于表層半透明太陽(yáng)能電池的開發(fā)，其效率達(dá)到了 14.2%，穿透率達(dá)到了 72%。這種材料是通過將甲基銨碘化鉛沉積在鈣鈦礦晶體中形成的。鈣鈦礦層是在 PCBM 物質(zhì)層上生長(zhǎng)獲得的。每一個(gè) PCBM 分子包含有 61 個(gè)碳原子，原子相互連接像一個(gè)足球。鈣鈦礦層是通過在這一層上進(jìn)行蒸汽沉積和旋涂法制成的，因此具有足球一樣的結(jié)構(gòu)，然后在“不冷不熱”的溫度下退火。這種鈣鈦礦層可以將藍(lán)光和黃光轉(zhuǎn)換成電能。相反，紅光和紅外部分則可以穿過晶體。因此研究人員可以在這層電池之下再設(shè)計(jì)一種那個(gè)電池可以將這部分光轉(zhuǎn)換成電能。
雙層電池的好處：可更好的利用太陽(yáng)能
Empa 的研究人員使用 CIGS（銅銦鎵二硒）電池作為這種疊層電池的底層，這技術(shù)該實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)探究多年。這種疊層電池的好處是他們可以充分利用太陽(yáng)能。太陽(yáng)能電池只能將能量大于能帶寬度的光子吸收，如果光子能量太低，則不會(huì)產(chǎn)生電能。如果光子能量較高，則更高部分的能量就會(huì)轉(zhuǎn)換成熱能而浪費(fèi)掉。這種雙層電池就可以充分利用不同能帶寬度的材料，從而可有效將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。
光電轉(zhuǎn)換效率超過 30%不是夢(mèng)
雖然很好的單層多晶太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率最多可以達(dá)到 25%，但是這種疊層電池則可能將效率提高到 30%，但是仍然有很多的工作需要做。Ayodhya Tiwari說， “我們現(xiàn)在所做的僅僅是開始。我們需要克服很多的障礙才能達(dá)到目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，我們需要多學(xué)科交叉的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行許多的實(shí)驗(yàn)，知道我們發(fā)現(xiàn)一種半透明的高性能電池。 ”Stephan Bücheler 說關(guān)于太陽(yáng)能電池效率的競(jìng)賽不僅僅是學(xué)術(shù)秀， “當(dāng)生產(chǎn)太陽(yáng)能電能時(shí)，只有一半的成本會(huì)體現(xiàn)到太陽(yáng)能模塊本身，另一半則體現(xiàn)在基礎(chǔ)設(shè)施方面，例如逆變器、電纜、載波的細(xì)胞、工程成本和安裝等。當(dāng)太陽(yáng)能電池的效率提高，且尺寸更小時(shí)，這些配套設(shè)施的成本也降低了?！?br />
