最近，太陽能效率的紀錄被打破，這一新突破可能對現實世界產生重大影響。瑞士聯邦理工學院（EPFL）和瑞士聯邦實驗室（CSEM）研究人員開發出一種三接面太陽能電池，其認證效率達到 30.02%。這一成就超越了之前的 27.1% 紀錄，並為可擴展的高性能設計帶來新的關注。
大多數創紀錄的太陽能電池通常受到昂貴材料或實驗室條件的限制，而這款新型設備則採取了不同的路徑。它將一個硅底層電池與兩層作為薄膜製造的鈣鈦礦層結合。目標非常明確：在不使製造過程變得不切實際的情況下，實現更高的效率。
太陽能技術的突破常常難以超越原型階段，而此次研究的成果之所以引人注目，是因為它同時針對性能和可擴展性。研究的第一作者 Kerem Artuk 解釋了這一成果的重要性。他表示：「我們展示了通過巧妙的設計和加工，我們可以接近傳統上僅限於最昂貴的 III-V 多接面太陽能電池的性能水平，而這些電池通常用於太空，並由多層半導體組成。」
這些三接面太陽能電池的照片顯示了工藝的升級，面積分別為 1、4 和 54 平方厘米。Artuk 還補充說，這些電池的效率可以達到 37%，而其成本卻是地面電池的約 1,000 倍。這一新方法為高效率多接面光伏技術的工業化開辟了新局面，對美國太陽能市場具有重要意義。更高的效率意味著在相同的輸出下需要更少的面板，並且能提高屋頂和公用事業規模項目的回報。
三接面設計雖然承諾強勁性能，但同時也面臨技術挑戰。EPFL 團隊專注於兩個關鍵問題：頂層電池的低電壓和中間層的弱電流。他們引入了一種分子，改善鈣鈦礦晶體的形成，這一措施減少了缺陷，並將頂層電池的電壓提高至 1.4 伏特。
中間層則採用了新的三步製造方法，改善了近紅外範圍的吸收，因為該範圍攜帶了大量的太陽能。團隊還在層間添加了納米顆粒，這些顆粒將光反射回中間電池，從而增加電流。Christophe Ballif 強調了進步的速度，表示：「我們在 2018 年的首次示範僅有 13% 的效率，而今天在三接面設備中達到超過 30% 的效率是一項了不起的成就。」
儘管三接面太陽能電池的效率潛力甚至高於單接面和串聯設計，且可超過 40%，但成本仍然是高效率太陽能電池最大的障礙。III-V 半導體雖然性能出色，但仍然過於昂貴，無法廣泛應用。這一新設計則使用了硅和鈣鈦礦，這兩者都更具經濟性且易於擴展，這一組合可能使高效率面板在美國的家庭和太陽能農場中更具可行性。
Christian Wolff 指出這一研究的更廣泛影響。他表示：「這個項目展示了基礎科學與瑞士工程技術相結合的力量。」他指出，通過展示低成本的鈣鈦礦材料能接近最先進的太空級光伏技術的性能，本研究為多接面光伏技術設定了新基準。團隊現在計劃專注於耐用性和大規模生產。如果這些努力成功，這一紀錄可能會比預期更快轉化為實際的太陽能應用。該研究已發表在《自然》期刊上。
