一、創世紀發明：NUS研發高效能太陽能電池

　　NUS的科學家開發出一種新型三結鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池，在1平方厘米的太陽能吸收面積上可實現27.1%的電力轉換效率，創下世界紀錄。

　　是迄今為止性能最好的三結鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池。為了實現這一目標，該團隊設計了一種穩定且節能的新型氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池。

　　太陽能電池可以制造成兩層以上并組裝成多結太陽能電池以提高效率。每層由不同的光伏材料制成，吸收不同范圍內的太陽能。然而，當前的多結太陽能電池技術存在許多問題，例如能量損失導致電壓低以及設備在運行過程中不穩定。

　　為了克服這些挑戰，侯毅助理教授帶領新NUS設計與工程學院(CDE)和新加坡太陽能研究所(SERIS)的科學家團隊首次展示了氰酸鹽成功整合到鈣鈦礦中太陽能電池開發出尖端的三結鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池，其性能超越了其他類似的多結太陽能電池。侯助理教授是CDE化學與生物分子工程系的校長年輕教授，也是NUS大學級研究機構 SERIS 的組長。

　　“值得注意的是，經過15年在鈣鈦礦太陽能電池領域的持續研究，這項工作構成了第一個實驗證據，證明將氰酸鹽納入鈣鈦礦中可以提高其結構的穩定性并提高能量轉換效率，”侯助理教授說。

　　導致這一突破性發現的實驗過程于2024年3月4日發表在《Nature》雜志上。

　　二、回顧：NUS研發高效能太陽能電池具體探索過程

　　鈣鈦礦結構各成分之間的相互作用決定了它可以達到的能量范圍。調整這些成分的比例或尋找直接替代品可以幫助改變鈣鈦礦的能量范圍。然而，先前的研究尚未產生具有超寬能量范圍和高效率的鈣鈦礦配方。

　　在最近發表的這項工作中，NUS團隊對氰酸鹽(一種新型擬鹵化物)進行了實驗，以替代溴化物(一種來自鹵化物基團的離子，常用于鈣鈦礦)。

　　侯助理教授團隊的研究員劉順昌博士采用各種分析方法證實氰酸鹽成功整合到鈣鈦礦結構中，并制備了氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池。

　　對新鈣鈦礦原子結構的進一步分析首次提供了實驗證據，表明摻入氰酸鹽有助于穩定其結構并在鈣鈦礦內形成關鍵相互作用，證明它如何成為基于鈣鈦礦的太陽能電池中鹵化物的可行替代品。

　　在評估性能時，NUS科學家發現，與傳統鈣鈦礦太陽能電池的 1.357 伏特相比，摻有氰酸鹽的鈣鈦礦太陽能電池可以達到 1.422 伏特的更高電壓，并且能量損失顯著減少。

　　研究人員還測試了新設計的鈣鈦礦太陽能電池，在受控條件下以最大功率連續運行 300 小時。測試期結束后，太陽能電池保持穩定，其容量達到 96% 以上。

　　受到氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池令人印象深刻的性能的鼓舞，NUS團隊將他們的突破性發現推向了下一步，用它組裝了三結鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池。研究人員將鈣鈦礦太陽能電池和硅太陽能電池堆疊在一起，形成雙結半電池，為氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池的附著提供了理想的基礎。

　　組裝完成后，研究人員證明，盡管三結鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池結構非常復雜，但它仍然保持穩定，并獲得了經認可的獨立光伏校準實驗室認證的 27.1% 的世界紀錄效率。

　　“總的來說，這些進步為減少鈣鈦礦太陽能電池的能量損失提供了突破性的見解，并為基于鈣鈦礦的三結太陽能技術的進一步發展制定了新的路線，”侯助理教授說。

　　未來，三結鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池的理論效率超過50%，具有進一步提高的巨大潛力，特別是在安裝空間有限的應用中。

　　展望未來，NUS團隊的目標是在不影響效率和穩定性的情況下將該技術升級到更大的模塊。未來的研究將集中在鈣鈦礦界面和成分的創新上——這些是團隊確定的進一步推進這項技術的關鍵領域。

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