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物理定律將硅太陽(yáng)能電池的最高效率限制在32%，面對(duì)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率的困境，科學(xué)家們已耗費(fèi)數(shù)十年的時(shí)間試圖找到其他替代品，如鈣鈦礦。然而，后者的制造存在幾個(gè)挑戰(zhàn)，其中擴(kuò)大太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)是邁向成功的關(guān)鍵一步。

同時(shí)，科學(xué)家試圖將兩種或兩種以上的太陽(yáng)能光伏技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使得不同材料在性能和光吸收范圍上實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，以提高光伏轉(zhuǎn)換的效率。如鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池，將硅和鈣鈦礦的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，然而穩(wěn)定性、效率和大規(guī)模生產(chǎn)似乎仍然是一個(gè)遙不可及的夢(mèng)。隨后石墨烯的出現(xiàn)，被認(rèn)為對(duì)太陽(yáng)能電池性能的提升有很大幫助，甚至將帶來(lái)革命性的突破。

近日，羅馬托爾維加塔大學(xué)、意大利理工學(xué)院的研究人員及其附屬機(jī)構(gòu)石墨烯旗艦成員BeDimensional與西班牙清潔技術(shù)公司ENEA合作，成功地將石墨烯與串聯(lián)的鈣鈦礦-硅太陽(yáng)能電池相結(jié)合，其轉(zhuǎn)換效率高達(dá)26.3%，相關(guān)研究成果已發(fā)表于《焦耳》（Joule）雜志。

基于石墨烯多功能特性，石墨烯的串聯(lián)太陽(yáng)能電池效率幾乎是純硅的2倍，該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)想了一種新的制造方法，用于生產(chǎn)大面積的太陽(yáng)能電池板，并降低生產(chǎn)成本。結(jié)果表明石墨烯和相關(guān)的層狀材料將使更高效、更經(jīng)濟(jì)的大面積太陽(yáng)能電池板實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。這項(xiàng)新技術(shù)可以應(yīng)用于現(xiàn)有的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，使用的是基于標(biāo)準(zhǔn)解決方案的制造方法。

該研究團(tuán)隊(duì)表示，制造石墨烯太陽(yáng)能電池的新方法有著雙重優(yōu)勢(shì)。首先，它可以用于增強(qiáng)現(xiàn)所有不同類(lèi)型的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，包括那些在高溫下加工的電池；但更重要的是，可以利用廣泛使用的“溶液制造方法”來(lái)整合石墨烯，這是進(jìn)一步工業(yè)化應(yīng)用該技術(shù)并生產(chǎn)石墨烯太陽(yáng)能電池板的關(guān)鍵。

事實(shí)上，他們已經(jīng)致力于兩個(gè)面向工業(yè)的“先鋒項(xiàng)目”，以挖掘石墨烯太陽(yáng)能電池的應(yīng)用潛力。研究人員指出，這種創(chuàng)新方法是朝著開(kāi)發(fā)串聯(lián)太陽(yáng)能電池邁出的第一步，這種電池的效率超出了單節(jié)硅器件的極限，分層的材料將是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵。

這種新型太陽(yáng)能電池將成為石墨烯旗艦項(xiàng)目GRAPES的基礎(chǔ)，該項(xiàng)目將進(jìn)行石墨烯基鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的試生產(chǎn)，目標(biāo)是超過(guò)30%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換指標(biāo)，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。另一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是保持高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)增加太陽(yáng)能模塊的大小。

據(jù)了解，作為一個(gè)由歐盟委員會(huì)資助的項(xiàng)目，GRAPES項(xiàng)目的任務(wù)是提高這項(xiàng)技術(shù)的穩(wěn)定性和效率，提升歐洲對(duì)太陽(yáng)能項(xiàng)目的接受程度。而自石墨烯旗艦項(xiàng)目GRAPES啟動(dòng)以來(lái)，石墨烯及相關(guān)材料在太陽(yáng)能發(fā)電方面的應(yīng)用被視為一項(xiàng)戰(zhàn)略重點(diǎn)。