太陽能電池已經(jīng)走了很長一段路，但是廉價的薄膜太陽能電池在效率上仍然遠遠落后于較昂貴的晶體太陽能電池。現(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格可承受的，效率約34%的薄膜電池的方法。

“十年前，我對太陽能電池知之甚少，但對我來說，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。

在調(diào)查該領(lǐng)域時，他發(fā)現(xiàn)研究人員從兩個方面著手研究太陽能電池：光學(xué)方面-著眼于如何收集太陽光;電氣方面-著眼于如何將收集到的陽光轉(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，雙方都在簡化彼此。

Lakhtakia說：“我決定創(chuàng)建一個模型，在該模型中，將在電氣和光學(xué)方面得到同等對待。” “我們需要提高實際效率，因為如果一個電池的效率低于30%，那將無濟于事。” 研究人員在最近一期的《應(yīng)用物理學(xué)快報》中報告了他們的研究結(jié)果。

Lakhtakia是一位理論家。他不在實驗室制作薄膜，而是創(chuàng)建數(shù)學(xué)模型來測試配置和材料的可能性，以便其他人可以測試結(jié)果。他說，問題在于優(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，太陽能電池似乎是簡單的設(shè)備。一個明顯的頂部層允許能量轉(zhuǎn)換層上的太陽光下降。選擇用來轉(zhuǎn)換能量的材料，吸收光并產(chǎn)生帶負電的電子流和帶正電的空穴，它們沿相反的方向移動。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。細胞可以產(chǎn)生的能量取決于收集到的陽光量和轉(zhuǎn)換層的能力。不同的材料會發(fā)生反應(yīng)并轉(zhuǎn)換不同波長的光。

拉赫塔基亞說：“我意識到要提高效率，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%。

這兩種材料在太陽能電池中起作用，因為兩種材料的結(jié)構(gòu)相同。Lakhtakia認為，它們具有大致相同的晶格結(jié)構(gòu)，因此可以在另一個之上生長，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。“他們共同生產(chǎn)了效率為34%的太陽能電池。這創(chuàng)建了一種新的太陽能電池結(jié)構(gòu)，層層疊疊。其他可以真正制造太陽能電池的人可以找到其他層的配方，也許做得更好。”

根據(jù)研究人員的說法，下一步是通過實驗創(chuàng)建這些內(nèi)容，并查看獲得最終最佳答案的選項。