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最高效的Cu₂O太阳能电池

东芝宣布，它已成功将其透明Cu₂O太阳能电池的功率转换效率(PCE)提高至8.4%，这是世界上已报道的Cu₂O太阳能电池的最高水平。由于该电池被定位为PCE为25%的硅电池（Cu₂O-Si串联电池）的顶层电池，东芝估计整体PCE可以达到27.4%，明显高于已知的任何标准硅电池的最高PCE 26.7%。

根据日本新能源和工业技术开发组织(NEDO)定义的测试标准，东芝估计Cu₂O-Si串联电池可以使电动车行驶35公里而不需要任何充电。展望未来，东芝期待新电池能推动无需插入式充电的电动汽车的发展，并推动其他移动应用，如高空平台站(HAPS)，即平流层电信平台的发展。

串联太阳能电池通过组合在不同波长下发电的顶部和底部电池，有望提供更高效的太阳能模块。据报道，串联电池的整体效率接近30%，远高于任何传统的晶体硅电池，但它们是用III-V族材料（例如GaAs）制造的，生产成本太高——比晶体硅太阳能电池高出几百到几千倍——严重限制了应用。

东芝将其研发重点放在透明的Cu₂O电池上。它们由自然界含量丰富的材料制成，从而降低了成本，并具有透光性，为实现卓越的发电效率开辟了道路。东芝在2019年开发了第一块透明的Cu₂O太阳能电池，并在同年展示了可提供23.8%PCE的Cu₂O-Si串联电池，当时独立硅太阳能电池的典型PCE为22%。

该公司在PCE方面的最新进展是在电池Cu₂O层制造过程中精确控制CuO和Cu杂质的成果。由于Cu₂O的性质，这些杂质在当前的反应溅射沉积方法中产生，它们是降低PCE和透明度的主要原因。

东芝公司研发中心研究员Kazushige Yamamoto在谈到这一突破时说：“X射线衍射分析使我们能够检测和量化CuO和Cu的含量，为我们提供数据，帮助我们确定最佳沉积方法，将杂质控制在最低水平。我们的目标是顶部Cu₂O电池的PCE为10%，透射率为80%。这一突破使我们离这些目标更近了一步。”

该技术的详细信息最近发表在《应用物理快报（Applied Physics Letters）》上。

在NEDO的支持下，东芝将继续研究以实现顶级Cu₂O电池10%的PCE目标。东芝还与东芝能源系统与解决方案公司合作，开发大规模Cu₂O太阳能电池，其与批量生产的硅太阳能电池尺寸相同。两家公司的目标是在2023财年之前为外部评估提供样品，并制定了到2025财年完成商业产品制造技术的路线图。

参考文献

'Highly transparent Cu₂O absorbing layer for thin film solar cells' by Soichiro Shibasaki et al; Appl. Phys. Lett. 119, 242102 (2021)

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