新型材料
减少太阳能尺寸
近日，德克萨斯大学奥斯汀分校研究人员领衔的团队创造了一种新型材料，可吸收低能量光并将其转化为高能量光。这种新材料由超小硅纳米粒子和有机分子组成，能有效地在其有机和无机成分之间移动电子，可用于更高效的太阳能电池板、更精确的医学成像和更好的夜视镜。复合材料由两个或多个组件组成，这些组件在组合时具有独特的特性。例如，碳纤维和树脂的复合材料可用作飞机机翼、赛车和许多运动产品的轻质材料。在新研究中，材料的设计方法采用了两种截然不同的物质——硅和有机分子，并将它们结合得足够牢固。无机和有机成分结合在一起创造出的混合材料，显示出与光的独特相互作用和全新特性，与这两种成分完全不同。
这些特性有能力将长波长光子（如红光，能很好地穿透组织、雾和液体）转化为短波长蓝色或紫外线光子。这意味着该材料可用于多种新技术，例如生物成像、基于光的3D打印和帮助自动驾驶汽车穿越雾气的光传感器。
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采用低能量光并使其具有更高能量，还有助于提高太阳能电池的效率，因为其可捕获通常会穿过它们的近红外光。优化技术后，捕获低能量光将使太阳能电池板的尺寸减小30%。
轻型太阳能
适合在太空使用
美国宾夕法尼亚大学研究人员提出了一种轻量级二维过渡金属二卤化物太阳能电池的新设计，这种电池通过超晶格结构得到增强，增加了对太阳能的吸收，效率从5%提高到12%，非常适合于太空应用。金属二卤化物是极好的光伏材料。金属二卤化物太阳能电池的重量仅为硅或砷化镓太阳能电池的1/100。虽然该电池效率不如硅太阳能电池，但它们的单位重量产生的电力更多，这一特性被称为“比功率”。由于其厚度只有3—5纳米，但吸收的太阳光却与商业太阳能电池相当。它们只有几个原子厚，这种超薄特征使其获得了“2D”的标签。
该团队认为，要想进一步提高这种电池的效率，必须正确考虑设备的激子。激子是太阳能电池吸收阳光时产生的，它们是金属二卤化物太阳能电池高效吸收光能的关键。当激子的正负电荷分量被输送到不同的电极时，太阳能电池就会产生电能。
通过对太阳能电池建模，研究团队的新设计在实验中演示的效率相较之前翻了一番，达到12%。研究人员称，这种器件的独特之处在于它的超晶格结构，这意味着存在由间隔层或非半导体层隔开的交替的金属二卤化物层，层之间的间隔允许多次反射光线。下一步，研究人员希望在未来4至5年内设计出实际效率超10%的电池。
第三代太阳能
钙钛矿或许能够*局破**
一个国际研究团队通过一种合理的设计方法，可以提高钙钛矿太阳能电池的长期耐用性，将电池的实验室寿命从原来的1500至2000小时延长到超3500小时，解决制约电池的续航寿命问题，进而找到一条降低太阳能发电成本、实现技术商业化的途径。一直以来，稳定性和耐用性是困扰钙钛矿电池走向规模化商用的重点难题，令其在短期内难以替代传统的晶硅太阳能电池。在2022年的一项相关研究中，科学家们利用“倒置”架构提高了钙钛矿电池的稳定性和转化率，而近日这项研究则进一步攻关耐用性。
影响钙钛矿电池性能的一个关键点，是钙钛矿层和相邻层之间的“界面”，研究者称其为“载流子传输层”——一旦这个界面被破坏，相邻层收到的电子就无法进入电路，会导致电池的整体效率降低。因此，如何在各层之间形成牢固结合的化学键、建立起坚固的“桥梁”是技术需要突破的重点。
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针对这一问题，研究团队使用了基于密度泛函理论（DFT）的计算方式，模拟预测出了什么样的分子最适合在钙钛矿层和传输层之间建立“桥梁”。以前的研究成果表明，路易斯碱分子可以帮助各层之间建立强结合。在此基础上，团队研究尝试了多种含磷分子，找到了新的突破口—一种含有磷元素的路易斯碱分子——1,3-双（二苯基膦）丙烷（DPPP）。具体实验中，研究人员分别设置了经过DPPP处理和未经DPPP处理的两组钙钛矿电池，用与室外太阳光强度相似的光去不间断地照亮它们。对比测试发现，含有DPPP的钙钛矿电池在模拟阳光照射等相同条件下，连续运行超过3500小时或145天后，仍可以保持高水平的功率转换效率。
要不搞技术
要不弄串联
近日，一组国际联合团队报告成功制造了钙钛矿/硅双层单片电池。在室外条件下，双面串联太阳能电池实现超出任何商用硅太阳能电池板的效率。这也是首次通过实验清晰证明了双面串联装置效能优越的证据。钙钛矿太阳能电池，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的第三代太阳能电池，具有成本低廉、光电转换效率高、商业潜力巨大等让人无法忽视的特点。
此次研究团队分析了在各种真实光照和反照率条件下，想要获得最佳电流匹配所需的钙钛矿带隙。研究中新的双面串联太阳能电池，其主体由硅层和钙钛矿层构成，同时还结合了许多其他化合物，由于最终采用了较窄的钙钛矿带隙，具有透明背电极的器件结构依赖于反照率来增强底部电池中的电流产生，增强了钙钛矿顶部电池中的电流产生。团队进而首次报告了在单面AM1.5G（太阳能转换系统标准测试的参考光谱）阳光的照射下，经认证的功率转换效率大于25%的双面串联配置，在户外实验场下，发电密度高达26mWcm-2的结果。对暴露在不同反照率下的性能进行比较后，研究团队得出了双面单片钙钛矿/硅串列太阳能电池利用环境中的漫反射光反照率，其性能优于单面钙钛矿/硅串列太阳能电池的结论。
研究人员表示，串联装置的复杂性，正是这次最主要的挑战，此次研究涉及14种材料，其中每一种材料都必须进行所谓“完美优化”。尽管常规串联的太阳能电池也可以通过吸收额外波长的光转化为电能，但此次科学家们证明：使用双面串联配置，可以超过目前公认的串联配置的性能极限。这种利用传统硅基层和钙钛矿制成的另一层串联组合的新系统，不但可以搜集到更多的能量，还可以捕获许多原本被浪费掉的、从地面反射和散射的光，前所未有地增加串联太阳能电池的效能。
钙钛矿太阳能
离不开真空镀膜
在太阳能电池的生产中，镀膜、刻蚀、封装是三大核心工艺环节：
镀膜： 钙钛矿的制备工艺与其他薄膜电池类似，需要通过溶液涂布法、溶液喷涂法、气相沉积法等方式，制备高纯度、缺陷少、高覆盖率、致密的钙钛矿层薄膜与传输薄膜，以改善不同层结构之间的电学接触，减少传输过程中的损耗，实现高的电池转换效率。
刻蚀： 通过多道激光刻蚀，可以构建钙钛矿电池中的电路结构，把多个钙钛矿电池串联成组件。
封装： 目前的封装技术采用了类似晶硅的技术，主要是替换掉原本晶硅用的EVA胶膜，因为EVA是聚醋酸乙烯酯，它的聚合不可能100%完成，里面一定会存在醋酸的残基，而醋酸会跟胺类反应成氨基酸，所以从原理上EVA不可用在钙钛矿，钙钛矿主要用POE材料。
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无论是哪种太阳能，都离不开表面镀膜：目前所有的技术方法，都不能很好的解决镀膜膜层均匀性的问题。喷涂法镀膜过程中，喷中心镀膜液富集多，造成花斑；表面刻蚀法因压花玻璃表面成分难以均一，导致刻蚀反应的速度不一致造成膜厚不均匀；即使均匀性辊涂法，受制于玻璃厚薄差、辊道传输抖动等多种因素的制约，也难以达到高精度的一致性。在镀膜均匀性无法进一步提高的情况下，其结果一方面造成组件的色差影响外观，另一方面由于镀膜玻璃各区域透光率不一致造成热斑效应，影响组件的耐久性。
针对这一问题，在制备太阳能电池时，一般是需要使用真空镀膜手套箱的：由真空镀膜系统和真空手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。在手套箱氮气环境里里旋涂钙钛矿前驱液，避免接触水和空气，可以直接通过连接藏舱将制备好的钙钛矿电池传到蒸发舱里，蒸发电极，全程实验都可以做到无水无氧的环境下操作。
方腔室自动门热蒸发镀膜机嵌入手套箱内，配套膜厚仪，分子泵，机械泵，4个蒸发源，合理的蒸发源布局，保证每个蒸发源到基片的距离完全一样，提高了成膜质量和均匀性；整套系统由真空镀膜系统和手套箱系统集成而成，可在高真空蒸镀腔室中完成薄膜蒸镀，并在手套箱高纯惰性气体氛围下进行样品的存放、制备以及蒸镀后样品的检测。主要用于太阳能电池钙钛矿、OLED和PLED、半导体制备等实验研究与应用。
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