德國與西班牙研究團隊開發快速真空塗層技術 提升鈣鈦礦-矽雙層太陽能電池效率至 24.3%

德國和西班牙的研究人員已經開發出一種快速真空鍍膜工藝，能在僅僅 10 分鐘內生產出效率高達 24.3% 的鈣鈦礦-矽串聯太陽能電池。這種無溶劑方法由卡爾斯魯厄理工學院和瓦倫西亞大學的科學家創建，能迅速在常用於先進太陽能電池的紋理矽表面上均勻沉積鈣鈦礦層。卡爾斯魯厄理工學院的博士生 Ulrich Paetzold 教授表示，工業規模的生產不僅依賴於達到高效率，還取決於生產過程的快速性、穩定性及可擴展性。

他解釋道：「我們能夠證明，這種極其快速的真空工藝不僅能生產均勻的層，還能產生高效的鈣鈦礦-矽太陽能電池。」

鈣鈦礦-矽串聯太陽能電池的技術突破

鈣鈦礦-矽串聯太陽能電池的技術是將一個鈣鈦礦上層電池疊加在傳統的矽下層電池上。由於這兩層吸收不同部分的陽光，因此可捕捉更多的太陽光譜，從而產生比傳統的矽單層太陽能電池更多的電能。然而，製作鈣鈦礦層，這些太陽能電池中的光收集活性成分，仍然是一個主要挑戰。工業生產需要在大面積上快速且均勻地形成層。為瞭解決這一挑戰，聯合研究團隊使用了一種稱為近空間升華（CSS）的技術。

這是一種快速的真空基礎過程，其中前驅材料蒸發並僅移動幾毫米後沉積到矽電池表面，然後材料反應形成鈣鈦礦層。

瓦倫西亞大學的博士生 Sofia Chozas-Barrientos 及研究共同作者表示，團隊利用 CSS 快速將有機前驅材料沉積到矽上，而無需使用溶劑。該過程消耗的前驅材料相對較少，並且允許重複使用材料來源，使其在工業規模生產中具有吸引力。Chozas-Barrientos 補充道：「在實驗中，轉換在 10 分鐘內完成，這對於基於真空的過程來説是一個重要的進展。」

在這項研究中，團隊仔細調整了太陽能電池材料，以幫助其吸收正確的陽光部分。他們據報導調整了鈣鈦礦層中的溴含量，使用由碘化甲基銨和溴化甲基銨組成的混合有機源。曾在瓦倫西亞大學進行六個月研究的卡爾斯魯厄理工學院研究員 Alexander Diercks 強調了這一成就的重要性。他解釋道：「通過調整這兩種組分的比例，我們能夠控制最終材料中的溴含量，並實現 1.64 電子伏特的帶隙。」

該過程在多種矽表面設計上均有效，適用於高性能太陽能電池。科學家在平滑、納米結構和微結構的矽子電池上測試了 CSS 工藝，並未改變生產設置。掃描電子顯微鏡和 X 射線分析顯示出均勻的覆蓋。使用該方法創建的串聯太陽能電池在平滑表面上獲得了 23.5% 的效率，在納米結構表面上為 23.7%，在微結構表面上則達到 24.3%。瓦倫西亞大學的教授 Henk Bolink 在新聞稿中總結道：「這對於擴展規模至關重要。」

他指出，近空間升華也能在紋理矽電池上產生均勻層，這使得這種方法在實際應用中具有高度相關性。

該研究已發表在《自然能源》期刊上。