对太阳能电池模块中的层进行重新排序有助于提高效率

KAUST研究人员在重新考虑了模块的光学设计以及应如何堆叠之后，开发了一种可减轻电池到模块损耗的太阳能电池模块。

世界各地的研究实验室都在努力不断提高太阳能电池的效率。但在现实世界中使用这些设备是一项额外的挑战。例如，需要将太阳能电池集成到可以保护敏感材料免受恶劣环境影响的模块中。这些模块会降低电源转换效率，从而失去在实验室中努力赢得的性能增益。

LujiaXu、StefaanDeWolf和他们的KAUST同事构建了一种更高效的太阳能电池模块，并具有增强的光学设计。该团队使用的太阳能电池由两种吸光半导体组合而成：一种是硅，另一种是由钙钛矿材料制成。硅现在是太阳能电池制造中成熟的材料。虽然钙钛矿是一种新兴材料，但在硅顶部添加薄层已被证明可以提高性能，同时成本增加可接受。

这些所谓的钙钛矿-硅串联太阳能电池以前在光电功率转换方面表现出高达30%的效率。理论模型表明它可能高达45%。但是当KAUST团队将他们的串联太阳能电池放入一个模块中时，他们发现效率从28.9%下降到了25.7%。他们的模块是通过将太阳能电池夹在两块玻璃板之间制成的，内部填充有热塑性聚氨酯以封装太阳能电池。

该团队认为，效率的降低是由于直接在太阳能电池上引入玻璃和聚氨酯后的折射率不匹配，而没有进行电池到模块的优化，导致入射光的反射增加。因此，该团队决定通过折射率工程对模块进行光学重新设计，以减少这种前反射损失。

通过将氟化镁薄膜从电池顶部移动到前玻璃顶部，他们减少了折射率失配，从而实现了有效的光耦合。

“这种简单的优化有效地实现了最高的短路电流密度——与可从设备汲取的最大电流相关——文献中报道的单片钙钛矿/硅串联太阳能模块，导致功率转换效率从25.7%到26.2%，”徐说。“我们现在希望探索不同的材料和材料表面的纹理如何进一步减少从电池到模块的电流损失。”

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