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 　若論及將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電，散布于屋頂和沙漠的硅太陽(yáng)能電池只能算是中等水平。當(dāng)下的轉(zhuǎn)換效率冠軍是被稱為串疊型電池的復(fù)雜設(shè)備：由很多太陽(yáng)能電池組成，每個(gè)電池都被優(yōu)化用于吸收太陽(yáng)光譜的不同部分。這種復(fù)雜性和制造串疊型電池所用的昂貴砷化鎵基半導(dǎo)體導(dǎo)致這些電池價(jià)格不菲，因此它們大多被用在太空中。不過(guò)，如今電池研究人員正開(kāi)始將串疊型電池策略應(yīng)用于最熱門和最便宜的新型太陽(yáng)能電池材料，即一類被稱為鈣鈦礦的晶體。這點(diǎn)燃了追尋高效、低成本電池的新希望。

“它正變成一項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)。”瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院化學(xué)家MichaelGrtzel介紹說(shuō)。就目前而言，研究人員仍在苦苦尋求將很多之前從未配對(duì)過(guò)的不同太陽(yáng)能電池材料“嫁接”在一起。不過(guò)，最近的成功已經(jīng)鼓舞了他們。“我確實(shí)相信高效的串疊型電池將在明年或后年被制造出來(lái)。”來(lái)自美國(guó)斯坦福大學(xué)的材料學(xué)家MichaelMcGehee表示。不過(guò)，Grtzel也警告說(shuō)：“是否最終值得花這么大的成本是另一個(gè)問(wèn)題。”

這股研究的熱潮開(kāi)始于去年10月。當(dāng)時(shí)，IBM華生研究中心的研究人員展示了如何將由銅、鋅、錫、硫磺和硒（CZTSSe）混合制成的鈣鈦礦電池上下疊加在一起。這種串疊型電池在《應(yīng)用物理快報(bào)》上被作了詳細(xì)描述，其轉(zhuǎn)換效率只有4.6%，遠(yuǎn)低于最好的CZTSSe電池或鈣鈦礦電池本身。其中，很大一部分問(wèn)題在于疊層電池上方的金屬電接觸材料阻止了多數(shù)光子通向較低疊層。

現(xiàn)在，由McGehee和Grtzel領(lǐng)導(dǎo)的小組在很大程度上解決了這個(gè)問(wèn)題。在不久前發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版的一篇論文中，研究人員報(bào)道稱，通過(guò)將鈣鈦礦電池和縮寫為CIGS的銅基電池或者更加標(biāo)準(zhǔn)的硅電池結(jié)合在一起，他們創(chuàng)造出了整體轉(zhuǎn)換效率高達(dá)18.6%的設(shè)備。這擊敗了轉(zhuǎn)化效率為17%的普通CIGS電池和測(cè)試中使用的轉(zhuǎn)化效率為11.7%的鈣鈦礦電池。成功的關(guān)鍵之處在于由銀納米線制成的頂級(jí)金屬接觸材料，其使得大部分光子通往下面的光吸收層。

McGehee和其他人非常有信心能做得更好。上個(gè)月，來(lái)自韓國(guó)成均館大學(xué)的化學(xué)工程師Nam-GyuPark在波士頓材料研究協(xié)會(huì)的一次會(huì)議上介紹說(shuō)，他和同事制造了一種轉(zhuǎn)換效率達(dá)28%的鈣鈦礦—硅串疊太陽(yáng)能電池。與在標(biāo)準(zhǔn)的串疊型電池中將兩個(gè)電池上下疊層的做法相反，Park團(tuán)隊(duì)將平放的高效硅電池同直立的鈣鈦礦電池結(jié)合在一起。隨后，他們利用一種被稱為分光器的設(shè)備引導(dǎo)高能量的藍(lán)色光子進(jìn)入鈣鈦礦電池，而使低能量的紅色光子穿過(guò)分光器進(jìn)入下面的硅電池。“將該技術(shù)應(yīng)用到商業(yè)太陽(yáng)能電池的制造中并非易事。”Grtzel表示，但它展示了將光譜分開(kāi)時(shí)的潛力。

這種潛力正在持續(xù)增加，主要是因?yàn)檠芯咳藛T在不斷改善鈣鈦礦的“配方”。例如，由韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所SangIlSeok領(lǐng)導(dǎo)的小組日前在《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)道稱，他們制造了一種比自身轉(zhuǎn)換效率高出18%的鈣鈦礦電池。在一項(xiàng)由美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立查證的未發(fā)表研究中，該小組制造的鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.1%。

Grtzel認(rèn)為，通過(guò)將擁有如此高轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦和最頂級(jí)的商業(yè)硅太陽(yáng)能電池結(jié)合在一起，研究人員應(yīng)該可以利用通常的串疊結(jié)構(gòu)，便可達(dá)到Park實(shí)現(xiàn)的28%轉(zhuǎn)換效率。這將比最好的硅電池提高了20%。在Grtzel看來(lái)，在這個(gè)領(lǐng)域，如果你能有0.1%的改進(jìn)，人們也會(huì)激動(dòng)不已。

為了使串疊型電池的總輸出功率最大化，研究人員仍需要增加鈣鈦礦電池產(chǎn)生的電流量，以便同硅電池的電流匹配，因?yàn)榇B型電池的電流要受到其較弱組成部件的限制。同時(shí)，來(lái)自加州大學(xué)洛杉磯分校的材料學(xué)家YangYang表示，他們還需要減少發(fā)生在兩種材料交界處的電損耗。幾十年的艱苦努力已教會(huì)研究人員如何利用太空中使用的砷化鎵電池實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。解決了鈣鈦礦電池中這些同樣存在的難題，將使得串疊型電池真正變成現(xiàn)實(shí)。Yang說(shuō)：“我們堅(jiān)信能夠做到。”