太陽(yáng)能電池已經(jīng)走了很長(zhǎng)一段路，但是廉價(jià)的薄膜太陽(yáng)能電池在效率上仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于較昂貴的晶體太陽(yáng)能電池?，F(xiàn)在，一組研究人員建議，使用兩種不同材料的薄膜可能是制造價(jià)格可承受的，效率約34%的薄膜電池的方法。

“十年前，我對(duì)太陽(yáng)能電池知之甚少，但對(duì)我來(lái)說(shuō)，它們非常重要。”賓夕法尼亞州立大學(xué)埃文·普格大學(xué)教授Akhlesh Lakhtakia和工程學(xué)與力學(xué)教授Charles Godfrey Binder教授說(shuō)。

在調(diào)查該領(lǐng)域時(shí)，他發(fā)現(xiàn)研究人員從兩個(gè)方面著手研究太陽(yáng)能電池：光學(xué)方面-著眼于如何收集太陽(yáng)光;電氣方面-著眼于如何將收集到的陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。光學(xué)研究人員致力于優(yōu)化光捕獲，而電氣研究人員則致力于優(yōu)化向電的轉(zhuǎn)換，雙方都在簡(jiǎn)化彼此。

Lakhtakia說(shuō)：“我決定創(chuàng)建一個(gè)模型，在該模型中，將在電氣和光學(xué)方面得到同等對(duì)待。” “我們需要提高實(shí)際效率，因?yàn)槿绻粋€(gè)電池的效率低于30%，那將無(wú)濟(jì)于事。” 研究人員在最近一期的《應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)》中報(bào)告了他們的研究結(jié)果。

Lakhtakia是一位理論家。他不在實(shí)驗(yàn)室制作薄膜，而是創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型來(lái)測(cè)試配置和材料的可能性，以便其他人可以測(cè)試結(jié)果。他說(shuō)，問(wèn)題在于優(yōu)化光學(xué)和電氣的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)非常不同。

他解釋說(shuō)，太陽(yáng)能電池似乎是簡(jiǎn)單的設(shè)備。一個(gè)明顯的頂部層允許能量轉(zhuǎn)換層上的太陽(yáng)光下降。選擇用來(lái)轉(zhuǎn)換能量的材料，吸收光并產(chǎn)生帶負(fù)電的電子流和帶正電的空穴，它們沿相反的方向移動(dòng)。帶不同電荷的顆粒被轉(zhuǎn)移到頂部接觸層和底部接觸層，這些接觸層將電引導(dǎo)出電池以供使用。細(xì)胞可以產(chǎn)生的能量取決于收集到的陽(yáng)光量和轉(zhuǎn)換層的能力。不同的材料會(huì)發(fā)生反應(yīng)并轉(zhuǎn)換不同波長(zhǎng)的光。

拉赫塔基亞說(shuō)：“我意識(shí)到要提高效率，我們必須吸收更多的光。” “為此，我們必須以特殊方式使吸收層不均勻。”

這種特殊的方式是在兩個(gè)不同的薄使用兩種不同的吸收性材料的薄膜。研究人員選擇了可商購(gòu)的CIGS(二硒化銅銦鎵)和CZTSSe(硒化銅鋅錫硒)。就其本身而言，CIGS的效率約為20%，CZTSSe的效率約為11%。

這兩種材料在太陽(yáng)能電池中起作用，因?yàn)閮煞N材料的結(jié)構(gòu)相同。Lakhtakia認(rèn)為，它們具有大致相同的晶格結(jié)構(gòu)，因此可以在另一個(gè)之上生長(zhǎng)，并且它們吸收光譜的不同頻率，因此應(yīng)該提高效率。

“真是太神奇了，”拉赫塔基亞說(shuō)。“他們共同生產(chǎn)了效率為34%的太陽(yáng)能電池。這創(chuàng)建了一種新的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)，層層疊疊。其他可以真正制造太陽(yáng)能電池的人可以找到其他層的配方，也許做得更好。”

根據(jù)研究人員的說(shuō)法，下一步是通過(guò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建這些內(nèi)容，并查看獲得最終最佳答案的選項(xiàng)。