连接两种太阳能技术是效率和稳定性的双赢

虽然传统的硅基太阳能电池对世界各地可再生能源的建设产生了明显的影响，但随着设备接近其实际效率极限，进一步提高性能变得越来越困难。这种限制促使科学家寻找可以与硅电池结合以释放更高效率的新技术。

用钙钛矿晶体制成的太阳能电池就是这样一种技术，已迅速成为一种有吸引力的低成本附加产品，但众所周知，钙钛矿电池很容易受到电压引起的变化的影响——悬垂的树枝或附近植物投下的阴影可能会破坏电池的性能。几分钟内完成整个模块。

现在，普林斯顿大学和阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员将成熟的硅太阳能电池与新兴的钙钛矿串联太阳能电池连接起来，不仅提高了整体效率，还加强稳定性。《焦耳》杂志报道的结果表明，这种连接可以保护脆弱的钙钛矿太阳能电池免受电压引起的击穿，同时获得比任何一种电池本身更高的效率。

安德林格能源与环境中心电气与计算机工程研究负责人兼教授巴里·兰德(BarryRand)表示：“串联太阳能电池已经证明其功率转换效率高于单独的硅或钙钛矿太阳能电池。”“我们认为，除了效率更高之外，串联太阳能电池还可以通过将钙钛矿与更稳定的硅电池连接来解决钙钛矿面临的一些稳定性挑战。”

为了验证他们的假设，研究人员构建了三串太阳能电池：一串仅包含硅太阳能电池，一串仅包含钙钛矿太阳能电池，一串由串联太阳能电池组成，这两种技术串联在一起。然后，研究人员对电池串中的一个电池进行遮光，以模拟太阳能电池阵列在其数十年的使用寿命中可能至少遇到一次的部分遮光条件。

这种部分遮蔽通常对钙钛矿来说意味着厄运，因为仍然被照亮的电池迫使电荷流过现在被遮蔽和不活动的电池，从而迅速降解它和整个模块。另一方面，硅太阳能电池对电压通量的适应能力要强得多，并且可以承受部分遮蔽期，且问题较少。

正如预期的那样，纯钙钛矿太阳能模块在部分遮蔽后迅速恶化，而硅太阳能模块仅受到最小程度的影响。然而有趣的是，串联太阳能模块与纯硅模块一样具有弹性，这意味着通过连接两种太阳能技术，硅电池能够掩盖钙钛矿的脆弱性。

“当你将两种不同的材料结合起来形成最终产品时，通常最薄弱的环节最终决定了链条的整体强度，”合著者、阿卜杜勒国王科技大学材料科学与工程教授斯特凡·德沃尔夫(StefaanDeWolf)说。“但在这种情况下，实际上是较强的成分保护了较弱的成分。”

研究人员表示，他们的研究结果表明，部分遮蔽(这是纯钙钛矿模块的主要障碍)对于串联串联太阳能装置来说可能是一个可以忽略不计的问题。

该团队还表示，这些发现对钙钛矿的商业化前景来说是个好兆头，因为它们意味着钙钛矿在与硅太阳能电池互补时可能具有最大的潜力，而硅太阳能电池已经存在成熟的制造生态系统。无需建立竞争性的制造工艺，钙钛矿可以添加到经过商业验证的硅太阳能电池生产工艺中。

尽管该团队指出，在串联太阳能电池达到商业太阳能技术预期的使用寿命之前，除了部分遮阳之外，还有一些挑战有待解决，例如耐热能力差，但他们表示，串联装置可以使太阳能研究在之后继续发展。硅太阳能电池达到了功率转换效率上限。

兰德说：“如果其他一些稳定性挑战能够得到解决，串联太阳能电池基本上可以采用已经成功的商业技术，并使其变得更好。”“我们的结果有力地证明了串联装置应该成为未来太阳能研究的一个全力以赴的领域。”