将钙钛矿与硅配对！Oxford PV打造新型太阳能电池，光电转换效率更高

要想在2050年实现温室气体净零排放，并将全球平均气温升幅控制在1.5摄氏度以下，就必须提高可再生能源的利用率，特别是太阳能光伏能源。

目前，发电、供暖和运输等行业的温室气体排放量约占全球总量的75%。因此，国际社会必须抓住任何机会，加快用可再生能源替代现有化石燃料，同时安装碳中和能源，以满足发展中国家日益增长的能源需求。国际可再生能源机构(IRENA)提出了根本性变革的愿景的全球能源系统，计划指出，到2050年，全球预计30太瓦的电力需求中，90%将由可再生能源提供，其中太阳能光伏(PV)和陆上/海上风能分别占14太瓦和8太瓦。

虽然其他国际机构也提出了其他计划，如《世界能源展望》，但有一个明确的共识，即重建全球能源经济是一个非常大的挑战，需要许多技术和政策的协调，未来的道路将严重依赖于利用世界上最丰富的能源：阳光。

为了充分利用太阳能，科学家一直致力于最大限度地将光能转换为电能。目前地面光伏系统大量使用的是以硅为基底的太阳能电池，其光电转换效率最高为26%。近日在《应用物理快报》的一项研究中，来自Oxford PV公司的研究人员将钙钛矿与硅配对，生产出更强大的太阳能电池，最高可以将29.52%的光能转换为电能，突破了传统硅太阳能电池的转换效率限制。

经过几十年的发展，在研究机构和太阳能光伏产业的共同努力下，光伏组件的价格呈指数级下降。仅在过去十年中，光伏发电的成本就下降了85%以上，这使得太阳能在世界上大多数地区比化石燃料资源更便宜。

这大大降低了成本，加上许多国家实施前瞻性能源政策，使太阳能光伏成为发电和运输部门理想的负担得起的清洁能源。然而，截至2020年，全球光伏累计装机容量仅为0.7太瓦，这意味着要实现IRENA的2050年太阳能目标，需要光伏生产和安装的积极增长。目前，主要的太阳能光伏技术是基于晶硅(c-Si)，在2019年占产量的95%，而硅光伏的成本预计将继续下降。目前主要太阳能光伏技术是基于晶体硅(同单晶硅)，占95%的产量。

如果要进一步降低能源成本，就需要颠覆性创新来超越它。为了提高c-Si模块的效率，技术上成熟的策略是将其与另一种更宽的带隙太阳能材料配对，这种材料可以选择性地吸收太阳光谱中更高的能量区域。

研究人员表示，通过将这种材料叠加到较低的带隙c-Si之上，可以实现串接结构，这可以克服单结器件的基本肖克利-奎塞尔极限。这一策略已经在国际光伏技术路线图(ITRPV)中被确定，该路线图预测10年后基于硅的串联电池进入光伏市场。虽然有几种选择可以将宽带隙顶部电池与c-Si配对，但最有希望的候选人是金属卤化物钙钛矿，在过去的10年里，科学界一直在进行密集的研究和开发。

研究人员们认为钙钛矿和c-Si在串联装置中的配对，在许多不同的关键层面上都是理想的，它体现了串联PV成功进入陆地能源市场的最快途径。在这个视角下，我们将从材料科学、制造、可持续性和商业的关键角度讨论钙钛矿和硅如何很好地匹配串联光伏发电，以及它们的结合如何代表一种技术颠覆，将有助于加速全球光伏发电能力增长和减缓气候变化。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0054086