太陽能板的“最強王者”誕生！效率首破33%，刷新世界紀錄

在人類邁向一個更清潔、更可持續(xù)未來的征程中，太陽能無疑扮演著至關重要的角色。幾十年來，我們屋頂上和廣袤土地上鋪設的藍色硅基太陽能電池板，已經(jīng)成為這場能源革命的標志。然而，就像任何技術一樣，傳統(tǒng)的硅基太陽能電池也正逐漸觸及其性能的“天花板”，其能量轉(zhuǎn)換效率的理論極限大約在百分之二十九左右，難以再有質(zhì)的飛躍。如何打破這層無形的障礙，讓每一縷陽光都能被更高效地轉(zhuǎn)化為我們所需的電能，是全球科學家們競相追逐的目標。

現(xiàn)在，一則來自沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的重磅消息，宣告了這個技術瓶頸的再一次被突破。該校的研究團隊成功研制出一種新型的“疊層”太陽能電池，在標準測試中，其光電轉(zhuǎn)換效率達到了驚人的百分之三十三點一，創(chuàng)造了該領域一項全新的、經(jīng)權威機構認證的世界紀錄。這個數(shù)字不僅僅是榜單上的又一次刷新，它更像是一座燈塔，為整個太陽能產(chǎn)業(yè)照亮了一條通往更高效率、更低成本的未來航道。

這項破紀錄技術的奧秘，在于一種被稱為“鈣鈦礦-硅基疊層”的精妙設計。如果說傳統(tǒng)的太陽能電池是一位“偏科”的學生，只擅長吸收光譜中特定部分的能量，那么這種新型電池就是由兩位“全能學霸”組成的超級二人組。我們知道，太陽光實際上是由不同顏色、不同能量的光組成的“彩虹光譜”。目前市場主流的硅基電池，更擅長捕捉能量較低的紅光和紅外光，但對于能量更高的藍光和綠光則顯得有些力不從心，導致這部分能量被白白浪費。

而“鈣鈦礦”，作為一種近年來備受矚目的新型光伏材料，恰好是捕捉高能量藍光和綠光的絕頂高手。KAUST的科學家們靈機一動，將一層薄薄的鈣鈦礦電池，像蓋被子一樣，精準地疊放在了傳統(tǒng)的硅基電池之上。這樣一來，當太陽光照射下來時，能量最高的藍光和綠光首先被上層的鈣鈦礦電池“截胡”并高效吸收；而那些“漏網(wǎng)”的、能量較低的紅光和紅外光則繼續(xù)穿透下去，被下層的硅基電池盡數(shù)捕獲。通過這種“分工合作、各顯神通”的方式，這支“夢之隊”能夠?qū)μ柟庾V進行近乎全波段的無縫利用，從而極大地超越了任何單一材料所能達到的效率極限。

當然，想讓兩位“學霸”完美合作并非易事。如何讓電流在兩層不同的材料之間順暢無損地通過，是一個巨大的技術挑戰(zhàn)。此次KAUST團隊取得成功的關鍵，就在于他們研發(fā)了一種全新的、超高效的“界面連接層”。這個連接層如同一個完美的“翻譯官”和“協(xié)調(diào)員”，確保了從上層鈣鈦礦電池產(chǎn)生的電能，能夠以最小的損耗傳遞到下層的硅基電池中，最終匯合輸出。同時，他們還對底層硅基電池的表面進行了精密的“鈍化”處理，使其能夠更好地“抓住”每一個到達的光子，進一步提升了整個系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

百分之三十三點一這個新紀錄的誕生，意義非凡。在實際應用中，更高的轉(zhuǎn)換效率意味著，在同樣大小的面積上，我們可以鋪設發(fā)電量更大的太陽能電池板。這對于空間有限的城市屋頂、寸土寸金的大型光伏電站來說，無疑是一個巨大的福音。它將直接降低太陽能電力的單位成本，使其在與傳統(tǒng)化石能源的競爭中更具優(yōu)勢，從而加速全球能源結構的綠色轉(zhuǎn)型。更令人興奮的是，根據(jù)理論計算，這種鈣鈦礦-硅基疊層電池的效率極限有望超過百分之四十。今天這個破紀錄的數(shù)字，僅僅是我們邁向那個更高目標過程中的一個堅實腳印，一個充滿希望的開始。

參考資料：DOI：10.1126/science.adx1745