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硅基太陽能電池坐擁天下，久矣！
鈣鈦礦太陽能電池窺探天下，亦久矣！
硅基太陽能電池想要抵抗后起之秀的最好辦法，就是將其納入麾下；而鈣鈦礦太陽能電池想要嶄露頭角的最好辦法，就是找到大佬的庇佑。硅模塊無法有效吸收藍光，只能將其轉化為熱量損耗，而大多數鈣鈦礦則最善于吸收藍光。雖然各有心思，但是一拍即合，鈣鈦礦和硅串聯電池親密合作，開始發揮無窮威力。
鈣鈦礦主要負責吸收高能量的藍色光子，而硅主要負責吸收低能量的光子。理論上，這種串聯電池能夠提供雙倍的電力。但是，在一個完整的太陽能電池上建造另一個完整的太陽能電池，導致成本和技術難度都增大。除了增加設備建設的費用外，制造商還必須應對實際的技術和工藝挑戰，例如串聯設備的設計必須保證從兩個電池出來的電流量保持一致，否則，總電流就會受到其中電量較弱的電池的限制。
圖丨Science
怎么辦呢？多個研究團隊報道了一種更簡單，更便宜的串聯方式。
兩年前，吉林大學Hongwei Song帶領的研究團隊發現，將少量稀土金屬鐿噴灑到標準的銫和鉛基鈣鈦礦中，可以構建一個結構更簡單的鈣鈦礦/硅串聯電池。鈣鈦礦吸收藍色光子，激發材料中的電子。有趣的是，但是這些電子沒有變成電流，而是立即將能量傳遞給鐿原子，然后鐿原子幾乎全部發射為近紅外光。這些近紅外光子進入下方的硅電池中，幾乎完全被吸收并有效地轉換為電能，并且熱量損失很小。在硅頂部有一層粗糙的SiO2保護層，以幫助光進入電池而不是被表面反射。
這項研究為鈣鈦礦串聯電池帶來了全新的解決方案，不過依然存在問題：這里的鈣鈦礦是納米顆粒，但很難在硅電池表面均勻鋪設，要想在商業領域開辟新天地，挑戰非常嚴峻。
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在上周的美國化學會會議上，Gamelin報道了一個更優化的解決方案。他們使用常見的真空沉積技術，在大約14厘米的硅太陽能電池上形成薄而光滑的鐿摻雜鈣鈦礦層。在由此產生的串聯中，鈣鈦礦吸收的所有藍光幾乎都轉換為近紅外光子。因此，他預測，這種全新設計的鐿摻雜鈣鈦礦串聯的硅電池效率應該能增加19.2％的比例，最終達到32.2％，不過目前還沒有正式實驗數據予以證實。洛桑瑞士聯邦理工學院的光伏專家Michael Graetzel對此大加贊賞，不過他也提出了更多實際存在的問題，譬如，如何將近紅外光子逃逸限制在10％以下。
目前，Gamelin團隊已經成立了一家初創公司BlueDot。雖然英國的Oxford PV和華沙的Saule Technologies已經走在他們前面，但BlueDot相信，這種更簡單的串聯設計應該使標準硅太陽能電池制造商能夠更容易地將鈣鈦礦納入其生產線，并幫助鈣鈦礦實現其最大價值。
斗則兩傷，和則互利，一山不容二虎的時代已經一去不復返。獨霸天下，不如想攜手同行，鈣鈦礦和硅似乎都已經參透了人生！
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參考資料：
1. Robert F. Service.Solar cell built for twolooks sweet. Science 2019,364, 116.
https://science.sciencemag.org/content/364/6436/116
2. Robert F. Service.Perovskite solar cellsgear up to go commercial. Science 2016, 354, 1214-1215.
https://science.sciencemag.org/content/354/6317/1214
