太阳能电池取得创新突破，能源效率已经超过了30%的关键里程碑

工人们将太阳能电池板举到一所房子的屋顶上，太阳能电池板使用硅基材料，光电能的最大转换效率，接近29%

经过世界各地多个研究团队的创新，太阳能电池的能源效率已经超过了30%的关键里程碑。据一位专家称，这一壮举使今年成为了太阳能电池“革命性”的一年，可能会加速太阳能应用的推广。

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如今的太阳能电池板使用的是硅基电池，但正迅速接近其最大光电转化效率(29%)。与此同时，据科学家称，为了解决气候危机，太阳能的安装速度需要增加十倍。

这一技术突破是在硅层上添加了另一种半导体——钙钛矿层。它捕获可见光光谱中的蓝光，硅层捕获红光，从而增加了捕获的总光量。随着每个电池吸收了更多的能量，太阳能发电的成本甚至更便宜，部署可以更快地进行，以帮助控制全球变暖。

钙钛矿-硅“串联”电池的研究已经进行了大约十年，但最近的技术进步，获得了超过30%的最大光电转化效率里程碑。专家表示，如果串联电池的规模生产进展顺利，它们将在五年内投入商业使用，大约与此同时，纯硅电池将达到最高光电转化效率。

就在本周四，有两个研究团队在《科学》杂志上发表了他们在光电转化效率方面取得突破的细节，已知至少还有两个研究团队的效率远远超过了30%。

“今年是革命性的一年，”沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的斯特凡•德•沃尔夫(Stefaan De Wolf)教授表示。“这是非常令人兴奋的，多个团队中迅速取得突破。”

目前纯硅太阳能电池的光电转化效率记录是商业电池24.5%和实验室电池的27%。后者很可能是电池实际能达到的理论最大值29%。

但是，由德国柏林亥姆霍兹材料与能源中心的史蒂夫·阿尔布雷希特教授领导的一个小组，现在已经公布了他们如何将硅-钙钛矿电池的效率提高到32.5%的信息。另一个由瑞士洛桑联邦理工学院的研究团队展示了31.25%的效率，并表示串联电池具有“高效率和低制造成本的制造潜力”。

德·沃尔夫说:“这两个团队所展示的成果是真正的里程碑。他自己的研究团队在6月份用串联电池实现了33.7%的转化效率，但尚未在期刊上发表结果。所有的效率测量都是独立验证的。

德·沃尔夫表示:“突破30%的门槛，让我们有信心将高性能、低成本的光伏产品推向市场。2022年，全球太阳能发电量达到1.2太瓦(TW)。“然而，为了避免与全球变暖相关的灾难性情景，到2050年，总容量需要增加到约75太瓦（TW）。”

太阳能产业也是向高效率竞争的一部分。世界上最大的太阳能电池生产商中国隆基公司6月份宣布，他们的研究效率已达到33.5%。降低电力成本仍然是推动光伏产业发展的永恒主题。

“这个行业的发展速度非常非常快，”德沃尔夫说。“我敢肯定，中国有多家公司正在研究这个问题。”他说，欧洲和美国需要增加其研发资金，以跟上并为加速推广太阳能做出贡献。

一家工厂生产用于太阳能电池板光伏组件，中国是高太阳能效率竞赛的领导者之一

到目前为止，所有效率在30%以上的高效串联电池都很小，只有1cm × 1cm。它们现在需要被放大到商用电池的大小，即16厘米见方。

规模扩大已经在进行中，英国公司牛津光伏在5月份宣布，商用尺寸电池的效率达到了创纪录的28.6%。牛津光伏首席技术官克里斯•凯斯表示: “太阳能已经是最便宜、最清洁的能源之一，我们的技术将使它变得更便宜。”

牛津光伏电池与传统的纯硅电池在同一条生产线上生产，这使得串联电池的大规模生产要容易得多。串联电池可能比纯硅电池更昂贵，但这种电池只是生产和安装太阳能电池板成本的一小部分。

一个有待解决的问题是串联电池在实际条件下的老化速度。如今的太阳能电池在25年后仍有其容量的80-90%，德沃尔夫说串联电池必须达到这一水平，但迄今为止关于其稳定性的数据有限。

德国和瑞士研究小组的串联电池提高效率的关键在于解决钙钛矿层表面的微小缺陷。这使得一些被太阳光子释放的电子可以回流到钙钛矿中，而不是增加电池的电流，从而降低电池的效率。解决方案是在钙钛矿和导电层之间放置一层有机分子，以弥补电流流过的缺陷。

值得注意的是，所有研究团队都使用了不同的方法来解决这个问题，在寻找最佳商业设计时提供了更多的选择，德沃尔夫说：“还有很大的发展空间，实际的上限远远超过35%。”

英国能源研究中心主任罗布·格罗斯教授说:“太阳能已经是一种低成本的发电方式，在全球拥有广泛的资源基础。已经实现的成本降低是太阳能现在在脱碳能源系统中扮演如此重要角色的主要原因。效率的提高有可能增加太阳能的产量，因此将有助于加强这种效果。”

还有其他技术，如：多结电池，其效率可高达47%，但这些技术的生产成本非常高，只适用于小众用途，如：空间卫星或当阳光高度集中在电池上时。

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