德國和西班牙的研究人員開發出一種快速真空塗層工藝，能在短短 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。該無溶剤方法由卡爾斯魯厄理工學院及瓦倫西亞大學的科學家共同創造，能快速在高吞吐量下均勻地沉積鈣鈦礦層，即使在高級太陽能電池常用的紋理矽表面上也能應用。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、穩定性以及可擴展性。
他解釋道：「我們能證明這一極快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生產工藝取得突破性進展
鈣鈦礦-矽串聯太陽能電池將鈣鈦礦上層電池堆疊於傳統矽下層電池之上。由於這兩層能吸收不同波段的陽光，因此能捕獲更多的太陽光譜，從而產生的電力超過傳統的僅使用矽的太陽能電池。然而，生產鈣鈦礦層，即這些太陽能電池的光吸收主動元件，仍然是一項重大挑戰。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，聯合研究團隊採用了稱為近距離昇華（CSS）的技術。這是一種快速的真空基於工藝，其中前驅材料在蒸發後僅需幾毫米的距離便會沉積到矽電池表面，隨後材料反應形成鈣鈦礦層。
瓦倫西亞大學的博士生 Sofia Chozas-Barrientos 表示，該團隊利用 CSS 技術迅速在無溶劑的情況下將有機前驅材料沉積到矽上。這一過程相對消耗較少的前驅材料，並且允許重複使用材料來源，使其對於工業規模的生產具吸引力。Chozas-Barrientos 補充道：「在實驗中，轉換在 10 分鐘後完成，這對於一種基於真空的工藝來説是一項重要的進展。」
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，使用的有機來源包括甲基銨碘化物和甲基銨溴化物。參與 Horizon Europe 項目 Nexus 的 KIT 研究員 Alexander Diercks 強調了這項成就的重要性。他解釋道：「通過調整這兩種成分的比例，我們能夠控制最終材料中的溴含量，並實現 1.64 電子伏特的能隙。」
這一過程適用於多種設計的矽表面，以實現高性能的太陽能電池。
科學家在平滑、納米結構及微結構的矽子電池上測試了 CSS 工藝，而不改變生產設置。掃描電子顯微鏡和 X 射線分析顯示出均勻的覆蓋率。使用該方法創建的串聯太陽能電池在平滑矽上獲得了 23.5% 的效率，在納米結構矽上為 23.7%，而在微結構矽上則達到 24.3%。瓦倫西亞大學的 Henk Bolink 教授在新聞稿中總結道：「這對於擴展至關重要。近距離昇華技術能在紋理矽電池上生產均勻的層，使這一方法在實際應用中極具相關性。」
該研究已發表在《自然能源》期刊上。
項目 規格 效率 24.3% 轉換時間 10 分鐘 能隙 1.64 電子伏特
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