颠覆！新型钙钛矿太阳能电池的转换效率预计接近40％

在钙钛矿/硅串联太阳能电池架构中，一种新材料具有惊人的38%理论最大转换效率，显示出巨大的潜力。
　　当前，对全球气候变化的强烈关注将影响并且已经在影响地球上的所有生物。为了防止所谓的“热土”的产生并满足《巴黎协定》的要求，清洁能源的使用和开发应超过当前水平。因此，人们对低成本太阳能电池模块的开发寄予厚望。
　　目前，晶体硅(Si)是代表性的太阳能电池材料，占各种类型太阳能电池板的90%以上。然而，随着硅太阳能电池板的转换效率达到其理论极限，其降低成本的速度变得越来越慢。为了实现可再生太阳能发电成本的大幅度降低，正在寻找新的太阳能电池材料的研究。

　　新型硫属钙钛矿的光吸收系数
　　近年来，太阳能电池研究取得了重大突破-在混合钙钛矿太阳能电池中实现了高转换效率。钙钛矿是具有简单立方对称性的晶体结构，杂化钙钛矿由有机阳离子和无机笼结构组成。
　　相当引人注目的是，硅基太阳能电池需要半个世纪的时间才达到26.7%的转换效率，但仅仅十年就足以开发出具有类似效率的钙钛矿混合型太阳能电池。然而，杂化钙钛矿本质上是不稳定的，在光照、热(~100°C)和暴露于空气下会显示出快速的相变。此外，对于大面积应用，杂化钙钛矿中有毒铅原子的存在是非常不利的。
　　为了寻找钙钛矿材料的替代品，岐阜大学的Hiroyuki Fujiwara教授研究团队与东京工业大学的Hidenori Hiramatsu和Hideo Hosono教授一起对硫属钙钛矿材料进行了新的研究。硫属化物代表VI族原子，例如硫和硒，并且硫属钙钛矿的化学式简单表示为ABS3(A表示碱土金属，B表示早期过渡金属)。
　　在今天发表在Solar RRL上的文章中，报告了含有BaZrTiS3的硫属钙钛矿合金的制造，以将带隙调整到适当的值(~1.6 eV)。这种材料具有巨大的潜力，在钙钛矿/硅串联太阳能电池结构中，其理论最大转换效率高达38%，令人印象深刻。

　　在此制造之前，已经发现多个硫属钙钛矿，例如BaZrS3，SrZrS3，BaHfS3和SrHfS3，都表现出非常强的光吸收性能，其光吸收强度(吸收系数)超过10^5/cm，与所有现有的太阳能电池材料相比要高得多。
　　如此显着的光吸收特性可形成超薄太阳能电池，从而易于收集光生载流子(即电子和空穴)并提高转换效率。理论计算成功地解释了在硫属钙钛矿中观察到的相当强的光吸收源自钙钛矿结构形成的独特的硫轨道。
　　这些仅由无毒元素组成的硫属钙钛矿材料非常稳定，Hiroyuki Fujiwara教授团队发现的这些材料的优异光学性能将对太阳能电池器件的未来研究产生重大影响。为了实现硫属化物-钙钛矿型太阳能器件，开发合适的薄膜形成技术至关重要。利用这种处理技术，可以实现太阳能电池板的批量生产。