电池光伏技术

以晶体硅为代表的第一代太阳电池，其效率已接近理论极限，提效空间有限；第二代太阳电池（CdTe、CIGS、非晶/微晶硅等）虽然生产成本较低，但效率偏低，且其中部分材料存在资源稀缺或环境毒性等问题，难以支撑大规模可持续应用。在此背景下，第三代太阳电池应运而生，包括有机光伏、钙钛矿电池、多结叠层、中间带、热载流子、光子/激子倍增以及热光伏等。这些新技术的共同目标是在不增加复杂封装与阳光跟踪系统的前提下，不断推动单片电池转换效率的提升。

基于拓宽光谱响应的第三代太阳电池的诞生，正是为了突破这一困境。然而太阳电池属于交互系统，这意味着太阳电池吸收阳光的同时，必然会向太阳方向发射热辐射，造成不可避免的能量损失。在第三代太阳电池的应用场景中，引入循环器技术，将其特性得到了充分发挥。

但现在不一样了——一种叫“反向光伏”的技术登陆美国，不用晒太阳，晚上对着夜空就能发电，还计划2025年中开启规模化运营。这种被称作"夜间太阳能电池"的装置，通过在传统光伏板背面集成辐射冷却薄膜，成功捕获地表向太空辐射的热能流。简单说，普通光伏是“抢太阳的光”，反向光伏是“借夜空的冷”，刚好补上夜间发电的缺口。当前主流的辐射冷却发电技术，其夜间发电效率仅为日间光伏系统的0.05%。

传统单结太阳电池可以利用的光谱部分由其半导体材料的带隙决定。能量低于带隙的光子不会被吸收，因此总是会损失。能量高于带隙的光子通常被很好地吸收，但带隙之外的多余能量会因热化过程而损失。MJSCs 的核心思想是 " 分工协作 "。通过在基板上堆叠多个不同带隙的半导体层，在各个半导体层之间制备隧穿二极管，用作不同子电池之间的低欧姆和高度透明的互连

随着全球能源需求的增长和环境问题的加剧，能源利用率问题已全面进入大众视野，占据越来越重要的地位。据统计[1]，工业过程中约20%-50%的能源以废热形式流失，而这些废热中仅有18%-30%被有效回收，造成了巨大的能源浪费。这一问题在“双碳”目标背景下尤为突出，亟需高效的热能回收技术支持。热光伏（Thermophotovoltaic, TPV）电池应运而生，这个融合了量子力学与能源科学的“跨界明星”，正在改写能量回收的游戏规则，它不像传统太阳电池那样"看天吃饭"，而是将热源转化为一定波长的光子，实现热能向电力的有效转化，热光伏电池目前已经实现了41.1%的转换效率，理论上可达56%的极限效率，助力碳中和目标的实现

钙钛矿材料兼具带隙可调、溶液法制备、成本低等优势，使得高效三结叠层电池的规模化应用成为可能。而钙钛矿材料的禁带宽度可以在1.2-3.0eV之间连续调节，这为构建多结叠层太阳电池提供了新的选择。三结钙钛矿基叠层太阳电池效率演变如图1所示，其中钙钛矿/钙钛矿/硅叠层太阳电池具有更高的效率潜力。图1中三种不同类型的TJSCs分别为钙钛矿/钙钛矿/硅叠层太阳电池、全钙钛矿叠层和钙钛矿/钙钛矿/有机叠层太阳电池。