28.5%！东芝Cu2O-Si串联太阳电池效率获新突破

日本东芝公司的研究人员报告称，其分层透明太阳电池/硅太阳能原型电池在产量和可靠性方面取得了进展。

研究人员公布了一种转换效率为9.5%的透明氧化亚铜(Cu2O)太阳电池，这是迄今为止Cu2O电池达到的最高水平。这是通过扩大东芝在2021年12月公布的前产品实现的。

东芝估计，将新的Cu2O太阳电池置于效率为25%的硅电池之上可实现28.5%的Cu2O-Si串联电池效率，这大大超过了26.7%(标准硅电池的最高公布效率)，接近29.1%(GaAs电池的最高公布效率)。

研究人员还指出了大规模生产的潜力。新电池有望为不需要插电式充电的电动车提供动力，并推动其他移动应用，例如高空平台站、平流层电信平台等。

串联电池将一个太阳电池置于标准硅电池之上。这种电池可在不同波长上发电，提高了面积输出，具有提升太阳能组件效率的巨大潜力。除了东芝的透明Cu2O电池外，目前还在研究的其他两种串联电池技术有：砷化镓(GaAs)或其他III-V材料;钙钛矿晶体薄膜。前者的生产成本是单个硅电池成本的几百到几千倍不等，严重限制了其应用。后者还不能在20年或更长的硅电池寿命期间提供必需的可靠性和有保障的输出。

东芝的研发重点是透明Cu2O电池的优势：可降低成本的、丰富的天然材料;坚硬、牢固、防潮的材料是可靠性的保证;高透光率为高水平的发电效率开辟了道路。

东芝新开发的Cu2O太阳能电池可提供9.5%的高效率

东芝公司的艰苦努力正在结出硕果。在一个由日本新能源和工业技术开发组织(NEDO)支持的研究项目中，研究人员将Cu2O电池的转换效率提高到9.5%，比去年报告的8.4%整整高出1.1%。这是通过扩大电池和抑制Cu2O发电层边缘的载流子重组来实现的，载流子重组会降低发电效率。

东芝公司研发中心研究员、该研究小组负责人Kazushige Yamamoto解释称，"我们发现，更大的电池尺寸可以有效抑制光载流子重组，将发电面积从以前的3x3mm2增加到10x3mm2可以让电池边缘的重组相对减少，由此增加的光电流可将效率推高至9.5%。"

根据NEDO规定的测试标准，东芝发现，一次性充电可使目前的Cu2O-Si串联电池为电动汽车提供行驶37公里所需的电力。如进一步改进太阳电池，令电池达到42.3%的理论最高效率，那么预计续航距离可延长至接近55公里。这些都是公认的、无需充电的短途旅行实际距离，长途旅行的充电频率可以降低。

东芝Cu2O-Si串联太阳能电池示意图

东芝的目标是实现实用的Cu2O-Si串联电池，其中Cu2O电池效率为10%，整体效率为30%，新的电池记录令这一目标取得了坚实进展。

原型40mm2透明Cu2O太阳电池

为了实现大规模生产，东芝正在努力扩大电池尺寸并制作了一个发电面积为40mm2、效率约为8%的原型电池。较不均匀的薄膜层会让较大电池的效率出现下降。东芝正在继续完善薄膜沉积技术，以在更大的面积上实现均匀沉积。

文章作者：Kelly Pickerel