NREL新紀錄：鈣鈦礦疊層效率24.16%，六結電池效率47.1%

美國國家可再生能源實驗室近來實現多個效率突破新紀錄：

- 新型鈣鈦礦CIGS疊層電池的效率達到24.16%，已經弗勞恩霍夫太陽能系統研究所(ISE)CalLab實驗室正式認證;

- 六結電池效率47.1%，展示了多結太陽能電池的巨大潛力。

1. 鈣鈦礦-CIGS疊層效率新紀錄

疊層電池結合了兩種不同的半導體，這些半導體將光譜的不同部分轉換成電能。鈣鈦礦金屬滷化物主要使用光譜的可見光部分，而CIGS半導體則轉換紅外光。

由銅，銦，鎵和硒組成的CIGS電池可以沉積為薄膜，總厚度僅為3-4微米。鈣鈦礦層更薄，僅為0.5微米。因此，由CIGS和鈣鈦礦製成的新型疊層太陽能電池厚度遠低於5微米，可用來生產柔性太陽能電池組件。

研究人員將鈣鈦礦層直接沉積在粗糙的底部電池CIGS層，CIGS直接與頂部電池(鈣鈦礦)連接在一起，因此疊層電池只有兩個電觸點，即端子，大大改善了鈣鈦礦與CIGS之間的接觸。此外引發劑的引入大大改善了CIGS吸收劑材料。

研究人員表示，這種組合物重量極輕，並且對輻射穩定，可能適用於太空中的衛星技術。通過大規模合作獲得的這些結果剛剛發表在著名的期刊《 JOULE》上。

這種由CIGS和鈣鈦礦製成的「 雙端子」疊層電池屬於一個單獨的電池類別，因此美國國家可再生能源實驗室NREL在著名的NREL效率圖表上創建了一個新分支。NREL效率圖圖是用來集中展示自1976年以來幾乎所有類型的太陽能電池的效率發展情況。鈣鈦礦電池自2013年才被包括在內，但近年來這種材料類別的效率比任何其他材料都增長更快。

2019年9月，TestPV主辦的首屆全球鈣鈦礦光伏技術與產業化論壇在蘇州協鑫集團成功舉辦，引爆全球高效發電技術革命。

2019年10月，Thin-Film-Seminar主辦、TestPV協辦、SMIT承辦的「從實驗室到量產，世界鈣鈦礦大會」在杭州召開，會議吸引了十多家海外頂級研究機構名發表報告。

近一年來，鈣鈦礦技術發展不斷加快，眾多頂尖科研機構和知名企業持續投入大量的人力物力，致力於鈣鈦礦光伏技術創新與產業化。部分領先的鈣鈦礦光伏企業在穩定型環保材料的合成、大尺寸製造裝備的開發、規模化量產工藝的優化，以及測試技術與標準的完善等方面實現重大突破，其中，牛津光伏、協鑫納米、纖納光電即將進入小規模量產階段。

2020年10月，TestPV、Thin-Film-Seminar、SMIT再次聯手，繼續組織「創新融合 · 疊出未來 | 第二屆全球鈣鈦礦與疊層電池產業化論壇」。

2. 六結電池效率47.1%

NREL科學家製造的六結太陽能電池創造了最高的太陽能轉換效率世界紀錄，達到47.1%，接近50%。該效率是在聚光條件下測得的，如果在單倍太陽光照射下該電池的轉化效率同樣創造了效率記錄，達到39.2%。

NREL高效晶體光伏小組的首席科學家John·Geisz的論文《六結III-V太陽能電池在143個太陽光下的轉換效率為47.1%》發表在《自然能源》雜誌上。

NREL研究人員依靠具有廣泛光吸收特性的III-V材料，電池的六個結(光敏層)中的每個結點都經過專門設計，可以捕獲來自太陽光譜特定部分的光。該結構共包含約140種各種III-V材料層，以支持這些連接點的性能，但其寬度卻比人的頭髮窄三倍。使效率達到50%的主要研究障礙是減少電池內部阻礙電流流動的電阻性障礙。

由於III-V太陽能電池的高效率特性和製造成本，因此最常用於為衛星供電，從而具有III-V太陽能無與倫比的性能。在地球上，六結太陽能電池非常適合用於聚光光伏。NRE正積極參與降低III-V太陽能電池的成本，從而為這些高效器件開闢了新的市場。

降低成本的一種方法是減少所需的面積，這可以通過將光線聚焦來實現，不僅節省材料，還節省佔地面積，並且隨著隨著聚光倍數增加，轉化效率會提高。

法國科學家將太陽能電池的效率超過50%的潛力描述為「實際上非常可實現的」，但由於熱力學限制，不可能達到100%轉化效率。目前晶體矽在單倍光照下的理論效率約29%，全世界的研究人員正在通過各種方法，包括異質結、背接觸、疊層、選擇性吸收等方式將晶矽電池效率提高到約25%左右，量產效率也接近22%。

光伏測試網