在人類邁向一個更清潔、更可持續(xù)未來的征程中，太陽能無疑扮演著至關(guān)重要的角色。幾十年來，我們屋頂上和廣袤土地上鋪設(shè)的藍(lán)色硅基太陽能電池板，已經(jīng)成為這場能源革命的標(biāo)志。然而，就像任何技術(shù)一樣，傳統(tǒng)的硅基太陽能電池也正逐漸觸及其性能的“天花板”，其能量轉(zhuǎn)換效率的理論極限大約在百分之二十九左右，難以再有質(zhì)的飛躍。如何打破這層無形的障礙，讓每一縷陽光都能被更高效地轉(zhuǎn)化為我們所需的電能，是全球科學(xué)家們競相追逐的目標(biāo)。

現(xiàn)在，一則來自沙特阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）的重磅消息，宣告了這個技術(shù)瓶頸的再一次被突破。該校的研究團(tuán)隊(duì)成功研制出一種新型的“疊層”太陽能電池，在標(biāo)準(zhǔn)測試中，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了驚人的百分之三十三點(diǎn)一，創(chuàng)造了該領(lǐng)域一項(xiàng)全新的、經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證的世界紀(jì)錄。這個數(shù)字不僅僅是榜單上的又一次刷新，它更像是一座燈塔，為整個太陽能產(chǎn)業(yè)照亮了一條通往更高效率、更低成本的未來航道。

這項(xiàng)破紀(jì)錄技術(shù)的奧秘，在于一種被稱為“鈣鈦礦-硅基疊層”的精妙設(shè)計(jì)。如果說傳統(tǒng)的太陽能電池是一位“偏科”的學(xué)生，只擅長吸收光譜中特定部分的能量，那么這種新型電池就是由兩位“全能學(xué)霸”組成的超級二人組。我們知道，太陽光實(shí)際上是由不同顏色、不同能量的光組成的“彩虹光譜”。目前市場主流的硅基電池，更擅長捕捉能量較低的紅光和紅外光，但對于能量更高的藍(lán)光和綠光則顯得有些力不從心，導(dǎo)致這部分能量被白白浪費(fèi)。

而“鈣鈦礦”，作為一種近年來備受矚目的新型光伏材料，恰好是捕捉高能量藍(lán)光和綠光的絕頂高手。KAUST的科學(xué)家們靈機(jī)一動，將一層薄薄的鈣鈦礦電池，像蓋被子一樣，精準(zhǔn)地疊放在了傳統(tǒng)的硅基電池之上。這樣一來，當(dāng)太陽光照射下來時(shí)，能量最高的藍(lán)光和綠光首先被上層的鈣鈦礦電池“截胡”并高效吸收；而那些“漏網(wǎng)”的、能量較低的紅光和紅外光則繼續(xù)穿透下去，被下層的硅基電池盡數(shù)捕獲。通過這種“分工合作、各顯神通”的方式，這支“夢之隊(duì)”能夠?qū)μ柟庾V進(jìn)行近乎全波段的無縫利用，從而極大地超越了任何單一材料所能達(dá)到的效率極限。

當(dāng)然，想讓兩位“學(xué)霸”完美合作并非易事。如何讓電流在兩層不同的材料之間順暢無損地通過，是一個巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。此次KAUST團(tuán)隊(duì)取得成功的關(guān)鍵，就在于他們研發(fā)了一種全新的、超高效的“界面連接層”。這個連接層如同一個完美的“翻譯官”和“協(xié)調(diào)員”，確保了從上層鈣鈦礦電池產(chǎn)生的電能，能夠以最小的損耗傳遞到下層的硅基電池中，最終匯合輸出。同時(shí)，他們還對底層硅基電池的表面進(jìn)行了精密的“鈍化”處理，使其能夠更好地“抓住”每一個到達(dá)的光子，進(jìn)一步提升了整個系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

百分之三十三點(diǎn)一這個新紀(jì)錄的誕生，意義非凡。在實(shí)際應(yīng)用中，更高的轉(zhuǎn)換效率意味著，在同樣大小的面積上，我們可以鋪設(shè)發(fā)電量更大的太陽能電池板。這對于空間有限的城市屋頂、寸土寸金的大型光伏電站來說，無疑是一個巨大的福音。它將直接降低太陽能電力的單位成本，使其在與傳統(tǒng)化石能源的競爭中更具優(yōu)勢，從而加速全球能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型。更令人興奮的是，根據(jù)理論計(jì)算，這種鈣鈦礦-硅基疊層電池的效率極限有望超過百分之四十。今天這個破紀(jì)錄的數(shù)字，僅僅是我們邁向那個更高目標(biāo)過程中的一個堅(jiān)實(shí)腳印，一個充滿希望的開始。

參考資料：DOI：10.1126/science.adx1745