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高效太阳能电池的理想串联体:石墨烯-钙钛矿-硅

物理定律将硅太阳能电池的最高效率限制在32%,面对太阳能转换效率的困境,科学家们已耗费数十年的时间试图找到其他替代品,如钙钛矿。然而,后者的制造存在几个挑战,其中扩大太阳能电池板的生产是迈向成功的关键一步。

高效太阳能电池的理想串联体:石墨烯-钙钛矿-硅

同时,科学家试图将两种或两种以上的太阳能光伏技术结合起来,使得不同材料在性能和光吸收范围上实现互补,以提高光伏转换的效率。如钙钛矿-硅串联太阳能电池,将硅和钙钛矿的优势结合起来,然而稳定性、效率和大规模生产似乎仍然是一个遥不可及的梦。随后石墨烯的出现,被认为对太阳能电池性能的提升有很大帮助,甚至将带来革命性的突破。

近日,罗马托尔维加塔大学、意大利理工学院的研究人员及其附属机构石墨烯旗舰成员BeDimensional与西班牙清洁技术公司ENEA合作,成功地将石墨烯与串联的钙钛矿-硅太阳能电池相结合,其转换效率高达26.3%,相关研究成果已发表于《焦耳》(Joule)杂志。

高效太阳能电池的理想串联体:石墨烯-钙钛矿-硅

基于石墨烯多功能特性,石墨烯的串联太阳能电池效率几乎是纯硅的2倍,该研究团队设想了一种新的制造方法,用于生产大面积的太阳能电池板,并降低生产成本。结果表明石墨烯和相关的层状材料将使更高效、更经济的大面积太阳能电池板实现商业化。这项新技术可以应用于现有的钙钛矿太阳能电池,使用的是基于标准解决方案的制造方法。

该研究团队表示,制造石墨烯太阳能电池的新方法有着双重优势。首先,它可以用于增强现所有不同类型的钙钛矿太阳能电池,包括那些在高温下加工的电池;但更重要的是,可以利用广泛使用的“溶液制造方法”来整合石墨烯,这是进一步工业化应用该技术并生产石墨烯太阳能电池板的关键。

事实上,他们已经致力于两个面向工业的“先锋项目”,以挖掘石墨烯太阳能电池的应用潜力。研究人员指出,这种创新方法是朝着开发串联太阳能电池迈出的第一步,这种电池的效率超出了单节硅器件的极限,分层的材料将是实现这一目标的关键。

高效太阳能电池的理想串联体:石墨烯-钙钛矿-硅

这种新型太阳能电池将成为石墨烯旗舰项目GRAPES的基础,该项目将进行石墨烯基钙钛矿-硅串联太阳能电池的试生产,目标是超过30%的太阳能转换指标,同时降低生产成本。另一个关键目标是保持高太阳能转换效率,同时增加太阳能模块的大小。

据了解,作为一个由欧盟委员会资助的项目,GRAPES项目的任务是提高这项技术的稳定性和效率,提升欧洲对太阳能项目的接受程度。而自石墨烯旗舰项目GRAPES启动以来,石墨烯及相关材料在太阳能发电方面的应用被视为一项战略重点。

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