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太阳能电池已经走了很长的路，但廉价的薄膜太阳能电池仍然远远落后更昂贵，结晶太阳能电池效率。现在，一个研究人员团队表明，使用两部不同材料的薄膜可能是培养实惠的薄膜电池的效率约为34％。
“十年前，我对太阳能电池很少知道，但对我来说很清楚他们非常重要，”佩曼·普格尔大学教授和查尔斯戈弗雷·佩恩·普通州教授，彭纳州州州邦特科州的教授。
调查该领域，他发现研究人员从两侧接近太阳能电池，光学侧 - 寻找如何收集Sun的光线 - 以及电气侧面 - 看收集的阳光如何转换为电力。光学研究人员努力优化光捕获，而电气研究人员努力优化电力转换，双方都简化了另一方。
双薄膜层层太阳能电池的示意图。阳光在顶部进入并到达CIGS和CZTSSE层，吸收光线，并产生向顶部和底部接触层的正和负颗粒产生电力。
“我决定创建一种模型，其中电气和光学方面都将被同等地处理，”Lakhtakia说。“我们需要提高实际效率，因为如果小区的效率小于30％，则不会产生差异。”研究人员在最近的应用物理信件中报告了他们的结果。
拉科基亚是一个理论家。他在实验室中没有制作薄膜，但创造了数学模型来测试配置和材料的可能性，以便其他人可以测试结果。他说，问题是，是优化光学和电气的数学结构非常不同。
他解释说，太阳能电池似乎是简单的设备。透明顶层允许阳光落在能量转换层上。选择转换能量的材料吸收光并产生带负电的电子的流，并产生沿相反方向的带正电的孔。不同的带电粒子被转移到顶部接触层和底部接触层，该底部接触层将电力从电池中出来使用。电池可以产生的能量的量取决于收集的阳光的量和转化层的能力。不同的材料反应并转换不同波长的光。
“我意识到，提高效率，我们必须吸收更多的光线，”拉赫塔基亚说。“要做，我们必须以特殊的方式制造吸收层非均匀。”
这种特殊的方式是在两个不同的薄膜中使用两种不同的吸收材料。研究人员选择了市售的CIGS - 铜铟镓五硒化纤维 - 和CZTSSE - 铜锌锡硫化锡 - 层。本身，CIGS的效率约为20％，CZTSSE约为11％。
这两种材料在太阳能电池中工作，因为两种材料的结构是相同的。它们具有大致相同的晶格结构，因此它们可以在另一个顶部生长一个，并且它们吸收不同频率的频谱，因此应增加效率，根据Lakhtakia。
“这太神奇了，”拉赫塔基亚说。“它们一起生产了34％效率的太阳能电池。这在图层上创建了一个新的太阳能电池架构。其他可以使太阳能电池的其他人可以找到其他层层，也许可以做得更好。“
据研究人员介绍，下一步是通过实验创建这些，看看选项是获得最终最佳答案的选择。
参考：双吸收器薄膜太阳能电池，益智艾哈迈德，Akhlesh Lakhtakia和Peter B. Monk，2020年7月20日，应用物理信件.DOI：
10.1063/5.0017916
本文的第一个作者是菲士艾哈迈德，工程科学和力学，宾夕法尼亚州博士学位。彼得B. Monk，Unidel大学大学大学数学科学教授填写了研究团队。
国家科学基金会支持这项研究。
