串联太阳能电池技术——将新型钙钛矿电池与标准硅电池配对——可能会加速全球能源从化石燃料向可持续能源的转型。
研究人员现已报告了这些太阳能电池组合创纪录的功率转换效率。柏林亥姆霍兹中心的一个团队报告效率超过30%，理论上可达40%。
为了实现迫切需要的气候变化缓解，全球政策必须展现长期承诺，并为太阳能电池研发和制造行业提供市场保障。
太阳能是一种丰富的可再生能源。事实上，在一小时内照射到地球上的阳光所含能量，超过了世界一年所需的能量。阳光可以通过一种称为光伏电池（更常见的说法是太阳能电池）的装置直接转化为电力。传统的硅基太阳能电池已在全球范围内投入使用。然而，进一步的技术进步已在研发之中。
如今，串联太阳能电池技术——具体而言，即将超薄钙钛矿太阳能电池叠加在标准硅太阳能电池之上——正在不断刷新阳光转化为电力的纪录。随着串联太阳能电池的功率转换效率现已超过30%，专家表示，这些高科技光伏产品将在亟需的快速向可再生能源转型中发挥重要作用。
“我们对这些巨大的进展感到非常振奋，”柏林亥姆霍兹中心（HZB）钙钛矿串联太阳能电池青年研究员小组负责人史蒂夫·阿尔布雷希特（Steve Albrecht）说道。“它们让我们看到了希望：这项技术不仅能够为很大一部分人口提供可持续且负担得起的能源供应，还能在未来几年为应对气候变化做出重要贡献，因为钙钛矿-硅串联太阳能电池的规模化和工业化生产也是可行的。”
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借助钙钛矿捕获更多光线
如今的硅基光伏电池只能将阳光中较长波段的一小部分光转化为电力。钙钛矿是一种轻质、低成本的半导体化合物，可以通过“调谐”来吸收硅太阳能电池无法利用的较短波长光。两者结合时，覆盖在硅太阳能电池之上的超薄钙钛矿层，能够将比任何单一电池都更多的阳光转化为可用的电能。
其奥妙在于：钙钛矿层利用可见光的整个波长范围［380–700纳米］并将其转化为电流。另一方面，近红外光［800–2,500纳米］则穿透钙钛矿层，射到下方的硅电池上并转化为电能。通过协同工作，这一太阳能电池组合的功率转换效率提升至30%以上（从阳光中转化的能量占其全部入射能量的30%）。理论上，40%也是可能的。
除柏林亥姆霍兹中心外，其他多家研究机构和行业团队也在提升串联太阳能电池效率方面取得了进展：
29.8%，德国柏林亥姆霍兹中心（2021年12月）；
31.3%，瑞士洛桑联邦理工学院（2022年7月）；
32.5%，德国柏林亥姆霍兹中心（2022年12月）；
33.7%，沙特阿拉伯图瓦勒阿卜杜拉国王科技大学光伏实验室（2023年4月）；
33.9%，中国西安隆基绿能科技股份有限公司（2023年11月）。
与硅不同，钙钛矿的特性可由制造商进行定制（调谐），以最好地满足其需求。通过使用不同比例的材料来构建钙钛矿，制造商可以制造出具有特定颜色、能吸收特定波长范围光线的钙钛矿。与硅电池相比，钙钛矿电池也更薄、更轻，且制造成本更低。
通往2050年75太瓦之路
联合国气候科学小组的一份报告 指出，可再生能源“能够而且应当”在2050年前提供90%的电力，以使世界有良好机会根据《巴黎协定》将升温限制在1.5°C以内《巴黎协定》，并避免气候变化的最严重影响。
到2050年，预计全球电力需求将达到75太瓦（TW）。为满足这一需求，光伏产业必须在未来七年内保持每年25%的增长速度。不出所料，这将对太阳能电池研发和制造行业提出巨大要求。
尽管到2050年达到75太瓦是一个宏伟目标，但它是可以实现的。太阳能电池行业的年产量每三年翻一番，而全球新建生产线的成本已下降50%。去年，首个太瓦级的太阳能电池发电量已经产生。预计下一个太瓦将于2024年达到，并预测到2028年产能将达到每年一太瓦。
过去30年，太阳能技术的成本也显著下降，技术进步（包括钙钛矿与硅串联太阳能电池）以及公共政策提供了额外的成本削减。然而，要在2050年实现75太瓦，仍将取决于持续的创新、成本削减和有力的公共政策。
迈向更光明的未来
硅-钙钛矿串联电池的太阳能电池效率如今已达到此前只有昂贵的III/V族半导体才能实现的水平，后者曾用于卫星电源系统和聚光发电厂。
串联太阳能电池的技术和制造工艺已在原理上得到验证，目前的重点是在实际环境中测试串联太阳能电池的性能，并推动支持光伏产业扩张的政策。
政府间气候变化专门委员会将光伏技术描述为能够为全球能源转型做出最大且最快贡献的可再生能源解决方案。国际能源署执行董事法提赫·比罗尔（Fatih Birol）也曾将太阳能称为全球能源市场的新王者。
太阳能的未来确实可能十分光明。然而，正如柏林亥姆霍兹中心团队所敦促的那样，必须对将串联太阳能电池和其他光伏技术推向市场保持紧迫感，因为“等待并非选项”。
