新型耐熱鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池。圖片來源：新加坡國立大學

新加坡國立大學科學家研制出一種耐熱鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池。該電池不僅光電轉換效率超過34%，更在65℃高溫下連續(xù)運行1200小時后，性能幾乎保持不變。相關研究成果發(fā)表于最新一期《科學》雜志。

目前，硅基太陽能電池已廣泛應用于全球各地的屋頂與田野，但其性能正逐漸逼近理論極限。為提升發(fā)電效率，科學家讓硅與極具潛力的材料——鈣鈦礦“聯(lián)姻”，形成疊層結構，以期在同一面積內(nèi)吸收更多陽光、產(chǎn)生更多電力。這類被稱為“鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池”的混合器件，雖已實現(xiàn)接近35%的轉換效率，但其長期穩(wěn)定性仍是制約發(fā)展的瓶頸問題之一。

以往研究多將此類電池性能衰減歸因于鈣鈦礦材料本身，而最新研究發(fā)現(xiàn)，問題出在連接鈣鈦礦與硅層的超薄分子層上。團隊制備出一款高效鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池，并在持續(xù)光照與高溫下測試其表現(xiàn)。結果顯示，鈣鈦礦本身性能穩(wěn)定，但負責在層間傳輸電荷的“空穴傳輸層”，即自組裝單層（SAM）卻開始失效。SAM在受熱時會逐漸失去有序結構，擾亂電流通路，導致電池性能下降。

為解決這一問題，團隊研發(fā)出一種新型SAM，并在此基礎上設計出新型疊層太陽能電池。測試結果顯示，其光電轉化效率突破34%。而且，在65℃高溫環(huán)境中連續(xù)運行1200小時后，該電池仍能保持96%以上的初始性能，這在鈣鈦礦太陽能電池中實屬難得。