夸父逐日和后羿射日圖
1個太陽，就可以把人熱成狗，要是10個太陽，人會熱成啥？我想，除了這枚23.6%的鈣鈦礦太陽能電池，應該沒有任何東西想要有10個太陽了！
第一作者：Zhiping Wang?, Qianqian Lin
通訊作者：Henry J. Snaith
通訊單位：牛津大學
研究亮點：
1. 發展了一種聚光型FA/Cs雜化鈣鈦礦電池，效率最高可達23.6%。
2. 在10太陽下工作150小時以上無明顯衰減。
太陽能作為清潔可再生能源，并且資源豐富，如何高效利用成了科學家的重要研究方向。III-V族元素構成的多結太陽能電池因其能提供極高的效率，已用于聚光光伏領域，但由于成本高昂無法與硅技術競爭。亟待開發低成本和高效率材料，可以允許不太嚴格的太陽能跟蹤和聚光光學，但必須在成本和效率間達到平衡。
有鑒于此， Henry J. Snaith課題組開發了一種有機無機雜化鈣鈦礦聚光電池，最高可實現23.6%的峰值效率。
圖1 聚光型有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池
研究人員評估了用于聚光光伏的可行性，以及在聚集光伏器件的性能，在模擬太陽光條件下，在14太陽下(即標準太陽輻照度的14倍)達到23.6％的峰值效率，而在1太陽下效率達到21.1％。更為重要的是，封裝器件在10太陽下老化150小時后，仍保持其原始效率的90％以上。
在聚光型太陽能電池中，使用透鏡（或拋物面鏡作為聚光光學器件）將太陽光聚焦到一個小區域，增加的光強度導致更高密度的光生載流子，從而驅動更大的準費米能級裂分，以提供更高的輸出電壓，從而增加電池的效率。
圖2 在不同光強輻照下，聚光太陽能電池的光伏性能
研究人員首先研究了一系列不同組成的薄膜和鈣鈦礦的電池在高輻照度下的基本穩定性，從評估的材料中發現，FA0.83Cs0.17PbI2.7Br0.3 鈣鈦礦(FA/Cs)是最穩定的組合物，FA/Cs電池在高輻照度下展示出最優異性能。因此，研究人員采用FA/Cs組成進行CPV研究。
研究人員進一步采用標準AM 1.5 G太陽光調查聚光型FA/Cs電池的性能。在模擬太陽光下，在14太陽下達到23.6％的峰值效率，而1太陽也可以獲得21.1％效率，并觀察到隨著光強度的增加，短路電流Jsc的線性增加和開路電壓Voc的半對數增加。值得注意的是，在53太陽的高濃度下，Voc達到了1.26 V的實際值。盡管Voc以每十個太陽80 mV的速度增加，但主要限制仍然是填充因子FF，但是在強度超過10太陽之前，這并沒有開始顯著惡化。
圖3 載流子擴散長度和復合過程
正如圖3中所示，研究人員研究發現FA/Cs鈣鈦礦薄膜內的電荷復合情況：單分子復合占主導地位；然后直到大約230個太陽時，雙分子復合占主導；當濃度高于14,000太陽時，其中俄歇復合開始大量存在。此外，對于FA/Cs鈣鈦礦，濃度超過10,000個太陽時，擴散長度仍大于1.5 μm。因此，通過簡單地考慮鈣鈦礦層，可以預測聚光型FA/Cs鈣鈦礦可以有效地運行，直至濃度遠遠超過1,000太陽。
圖4聚光太陽能電池的穩定性
為了評估電池在高輻照度下的穩定性，通過將其保持在最大功率點MMP來測量封裝電池的穩定效率。采用壓縮空氣源主動冷卻電池，保持電池溫度在30 oC左右。令人鼓舞的是，研究人員觀察到在10太陽輻照度下的優異穩定性，150小時后電池保持其原始效率的91％。
總之，本文揭示了聚光型鈣鈦礦太陽能電池的巨大應用潛力，并希望發展一條行之有效的用于聚光器件開發的設計策略：包括宏觀透鏡、拋物面鏡、微透鏡以及在低濃度太陽光下經濟上可行的聚光型鈣鈦礦太陽能電池技術。
參考文獻：
[1] http://image.so.com.
[2] Wang, Z., Lin, Q. et al. High irradiance performance of metal halide perovskites for concentrator photovoltaics. Nat. Energy.
Doi:10.1038/s41560-018-0220-2
https://doi.org/10.1038/s41560-018-0220-2
