就太陽能光伏而言，盡管有商業替代品，但基于晶體硅的系統仍占據市場主導地位。2020年，基于硅片的光伏技術占全球總產量的95%。然而，預計晶體硅太陽能電池在生產中將達到約26%的實際電池效率極限。

在最近的一項研究中，英國牛津光伏公司的研究人員采取了不同的策略，提出光伏產業的下一個可行步驟是串聯太陽能電池（Appl.Phys.Lett.，doi：10.1063/5.0054086）。特別是，他們概述了該公司在創造商業鈣鈦礦/硅串聯器件方面的成功，其功率轉換效率為29.52%，超過了晶體硅太陽能電池的理論上限（29.5%）。

協同工作

串聯電池結合了兩種類型的太陽能吸收材料，將太陽光譜分成多個波段，以實現更高的效率。例如，帶隙在0.8到1.2eV之間的底部電池與帶隙在1.5到1.8eV之間的頂部電池耦合，原則上可以達到大于40%的功率轉換效率。

OxfordPV是牛津大學實驗室的衍生產品，于2013年開始使用鈣鈦礦作為太陽能吸收器。憑借其低材料成本、易于制造和快速提高功率轉換效率，鈣鈦礦設備已成為潛在的領先候選者下一代商用太陽能電池（參見“鈣鈦礦光伏：未來之路”，OPN，2020年11月）。對于串聯，研究人員決定在底部電池中使用經過驗證的硅，在頂部電池中使用新興的鈣鈦礦。

“當時我們知道鈣鈦礦本身可以用作薄膜技術，”研究作者兼牛津光伏材料研究主管勞拉米蘭達佩雷斯說。“但是，為什么[我們擁有]一項新發現的技術要與一項成熟的技術競爭，而不是讓它協同工作并利用學習曲線和當前的制造結構？并且做出了決定。”

創紀錄的效率

由于鈣鈦礦層捕捉太陽光譜的藍色區域，而硅層捕捉紅色區域，他們最近獲得認證的串聯器件的效率達到了29.52%，這超過了所有非集中單結的效率太陽能技術。MirandaPérez和她的同事認為，功率輸出的增加超過了制造串聯太陽能電池的額外制造成本。

“與傳統硅電池相比，我們的最終產品可以產生至少20%以上的功率輸出，”她說。“我們的太陽能電池效率更高，非常適合作為空間受限區域（例如屋頂）的優質產品。您可以從同一區域獲得更多功率。”

該公司的串聯電池又重又硬，尺寸和形狀與傳統硅太陽能電池相匹配。在此過程中，研究人員需要克服許多挑戰，包括將鈣鈦礦整合到當前主流的硅生產線中，并確保鈣鈦礦層在25年或更長時間的行業預期中保持穩定。

進入市場

但MirandaPérez聲稱這些問題已經得到解決，OxfordPV目前正在德國完成世界上第一條硅基鈣鈦礦生產線的安裝，希望在2022年之前進入市場。鈣鈦礦串聯電池已經通過了國際電工委員會針對戶外硅電池的一系列加速壓力測試，稱為IEC61215。

MirandaPérez說：“我們繼續開發改進我們當前產品的路線圖，為33%的太陽能電池奠定了基礎。”“與此同時，我們正在尋找可能將效率提高到39%的下一代設備。”