在鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池架構(gòu)中，一種新材料具有驚人的38％理論最大轉(zhuǎn)換效率，顯示出巨大的潛力。
當(dāng)前，對全球氣候變化的強(qiáng)烈關(guān)注將影響并且已經(jīng)在影響地球上的所有生物。為了防止所謂的“熱土”的產(chǎn)生并滿足《巴黎協(xié)定》的要求，清潔能源的使用和開發(fā)應(yīng)超過當(dāng)前水平。因此，人們對低成本太陽能電池模塊的開發(fā)寄予厚望。
目前，晶體硅（Si）是代表性的太陽能電池材料，占各種類型太陽能電池板的90％以上。然而，隨著硅太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到其理論極限，其降低成本的速度變得越來越慢。為了實(shí)現(xiàn)可再生太陽能發(fā)電成本的大幅度降低，正在尋找新的太陽能電池材料的研究。
近年來，太陽能電池研究取得了重大突破-在混合鈣鈦礦太陽能電池中實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)換效率。鈣鈦礦是具有簡單立方對稱性的晶體結(jié)構(gòu)，雜化鈣鈦礦由有機(jī)陽離子和無機(jī)籠結(jié)構(gòu)組成。
相當(dāng)引人注目的是，硅基太陽能電池需要半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間才達(dá)到26.7％的轉(zhuǎn)換效率，但僅僅十年就足以開發(fā)出具有類似效率的鈣鈦礦混合型太陽能電池。然而，雜化鈣鈦礦本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，在光照、熱（~100°C）和暴露于空氣下會(huì)顯示出快速的相變。此外，對于大面積應(yīng)用，雜化鈣鈦礦中有毒鉛原子的存在是非常不利的。
為了尋找鈣鈦礦材料的替代品，岐阜大學(xué)的Hiroyuki Fujiwara教授研究團(tuán)隊(duì)與東京工業(yè)大學(xué)的Hidenori Hiramatsu和Hideo Hosono教授一起對硫?qū)兮}鈦礦材料進(jìn)行了新的研究。硫?qū)倩锎鞻I族原子，例如硫和硒，并且硫?qū)兮}鈦礦的化學(xué)式簡單表示為ABS3（A表示堿土金屬，B表示早期過渡金屬）。
在今天發(fā)表在Solar RRL上的文章中，報(bào)告了含有BaZrTiS3的硫?qū)兮}鈦礦合金的制造，以將帶隙調(diào)整到適當(dāng)?shù)闹担▇1.6 eV）。這種材料具有巨大的潛力，在鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池結(jié)構(gòu)中，其理論最大轉(zhuǎn)換效率高達(dá)38％，令人印象深刻。
在此制造之前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個(gè)硫?qū)兮}鈦礦，例如BaZrS3，SrZrS3，BaHfS3和SrHfS3，都表現(xiàn)出非常強(qiáng)的光吸收性能，其光吸收強(qiáng)度（吸收系數(shù)）超過10^5/cm，與所有現(xiàn)有的太陽能電池材料相比要高得多。
如此顯著的光吸收特性可形成超薄太陽能電池，從而易于收集光生載流子（即電子和空穴）并提高轉(zhuǎn)換效率。理論計(jì)算成功地解釋了在硫?qū)兮}鈦礦中觀察到的相當(dāng)強(qiáng)的光吸收源自鈣鈦礦結(jié)構(gòu)形成的獨(dú)特的硫軌道。
這些僅由無毒元素組成的硫?qū)兮}鈦礦材料非常穩(wěn)定，Hiroyuki Fujiwara教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的這些材料的優(yōu)異光學(xué)性能將對太陽能電池器件的未來研究產(chǎn)生重大影響。為了實(shí)現(xiàn)硫?qū)倩?鈣鈦礦型太陽能器件，開發(fā)合適的薄膜形成技術(shù)至關(guān)重要。利用這種處理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)太陽能電池板的批量生產(chǎn)。
