工人們將太陽能電池板舉到一所房子的屋頂上，太陽能電池板使用硅基材料，光電能的最大轉換效率，接近29%
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經過世界各地多個研究團隊的創新，太陽能電池的能源效率已經超過了30%的關鍵里程碑。據一位專家稱，這一壯舉使今年成為了太陽能電池“革命性”的一年，可能會加速太陽能應用的推廣。
如今的太陽能電池板使用的是硅基電池，但正迅速接近其最大光電轉化效率(29%)。與此同時，據科學家稱，為了解決氣候危機，太陽能的安裝速度需要增加十倍。
這一技術突破是在硅層上添加了另一種半導體——鈣鈦礦層。它捕獲可見光光譜中的藍光，硅層捕獲紅光，從而增加了捕獲的總光量。隨著每個電池吸收了更多的能量，太陽能發電的成本甚至更便宜，部署可以更快地進行，以幫助控制全球變暖。
鈣鈦礦-硅“串聯”電池的研究已經進行了大約十年，但最近的技術進步，獲得了超過30%的最大光電轉化效率里程碑。專家表示，如果串聯電池的規模生產進展順利，它們將在五年內投入商業使用，大約與此同時，純硅電池將達到最高光電轉化效率。
就在本周四，有兩個研究團隊在《科學》雜志上發表了他們在光電轉化效率方面取得突破的細節，已知至少還有兩個研究團隊的效率遠遠超過了30%。
“今年是革命性的一年，”沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學的斯特凡?德?沃爾夫(Stefaan De Wolf)教授表示。“這是非常令人興奮的，多個團隊中迅速取得突破。”
目前純硅太陽能電池的光電轉化效率記錄是商業電池24.5%和實驗室電池的27%。后者很可能是電池實際能達到的理論最大值29%。
但是，由德國柏林亥姆霍茲材料與能源中心的史蒂夫·阿爾布雷希特教授領導的一個小組，現在已經公布了他們如何將硅-鈣鈦礦電池的效率提高到32.5%的信息。另一個由瑞士洛桑聯邦理工學院的研究團隊展示了31.25%的效率，并表示串聯電池具有“高效率和低制造成本的制造潛力”。
德·沃爾夫說:“這兩個團隊所展示的成果是真正的里程碑。他自己的研究團隊在6月份用串聯電池實現了33.7%的轉化效率，但尚未在期刊上發表結果。所有的效率測量都是獨立驗證的。
德·沃爾夫表示:“突破30%的門檻，讓我們有信心將高性能、低成本的光伏產品推向市場。2022年，全球太陽能發電量達到1.2太瓦(TW)。“然而，為了避免與全球變暖相關的災難性情景，到2050年，總容量需要增加到約75太瓦（TW）。”
太陽能產業也是向高效率競爭的一部分。世界上最大的太陽能電池生產商中國隆基公司6月份宣布，他們的研究效率已達到33.5%。降低電力成本仍然是推動光伏產業發展的永恒主題。
“這個行業的發展速度非常非常快，”德沃爾夫說。“我敢肯定，中國有多家公司正在研究這個問題。”他說，歐洲和美國需要增加其研發資金，以跟上并為加速推廣太陽能做出貢獻。
一家工廠生產用于太陽能電池板光伏組件，中國是高太陽能效率競賽的領導者之一
到目前為止，所有效率在30%以上的高效串聯電池都很小，只有1cm × 1cm。它們現在需要被放大到商用電池的大小，即16厘米見方。
規模擴大已經在進行中，英國公司牛津光伏在5月份宣布，商用尺寸電池的效率達到了創紀錄的28.6%。牛津光伏首席技術官克里斯?凱斯表示: “太陽能已經是最便宜、最清潔的能源之一，我們的技術將使它變得更便宜。”
牛津光伏電池與傳統的純硅電池在同一條生產線上生產，這使得串聯電池的大規模生產要容易得多。串聯電池可能比純硅電池更昂貴，但這種電池只是生產和安裝太陽能電池板成本的一小部分。
一個有待解決的問題是串聯電池在實際條件下的老化速度。如今的太陽能電池在25年后仍有其容量的80-90%，德沃爾夫說串聯電池必須達到這一水平，但迄今為止關于其穩定性的數據有限。
德國和瑞士研究小組的串聯電池提高效率的關鍵在于解決鈣鈦礦層表面的微小缺陷。這使得一些被太陽光子釋放的電子可以回流到鈣鈦礦中，而不是增加電池的電流，從而降低電池的效率。解決方案是在鈣鈦礦和導電層之間放置一層有機分子，以彌補電流流過的缺陷。
值得注意的是，所有研究團隊都使用了不同的方法來解決這個問題，在尋找最佳商業設計時提供了更多的選擇，德沃爾夫說：“還有很大的發展空間，實際的上限遠遠超過35%。”
英國能源研究中心主任羅布·格羅斯教授說:“太陽能已經是一種低成本的發電方式，在全球擁有廣泛的資源基礎。已經實現的成本降低是太陽能現在在脫碳能源系統中扮演如此重要角色的主要原因。效率的提高有可能增加太陽能的產量，因此將有助于加強這種效果。”
還有其他技術，如：多結電池，其效率可高達47%，但這些技術的生產成本非常高，只適用于小眾用途，如：空間衛星或當陽光高度集中在電池上時。
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