要想在2050年實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放，并將全球平均氣溫升幅控制在1.5攝氏度以下，就必須提高可再生能源的利用率，特別是太陽(yáng)能光伏能源。

　　目前，發(fā)電、供暖和運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的溫室氣體排放量約占全球總量的75%。因此，國(guó)際社會(huì)必須抓住任何機(jī)會(huì)，加快用可再生能源替代現(xiàn)有化石燃料，同時(shí)安裝碳中和能源，以滿足發(fā)展中國(guó)家日益增長(zhǎng)的能源需求。國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)提出了根本性變革的愿景的全球能源系統(tǒng)，計(jì)劃指出，到2050年，全球預(yù)計(jì)30太瓦的電力需求中，90%將由可再生能源提供，其中太陽(yáng)能光伏(PV)和陸上/海上風(fēng)能分別占14太瓦和8太瓦。

　　雖然其他國(guó)際機(jī)構(gòu)也提出了其他計(jì)劃，如《世界能源展望》，但有一個(gè)明確的共識(shí)，即重建全球能源經(jīng)濟(jì)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，需要許多技術(shù)和政策的協(xié)調(diào)，未來的道路將嚴(yán)重依賴于利用世界上較豐富的能源：陽(yáng)光。

　　為了充分利用太陽(yáng)能，科學(xué)家一直致力于較大限度地將光能轉(zhuǎn)換為電能。目前地面光伏系統(tǒng)大量使用的是以硅為基底的太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)換效率較高為26%。近日在《應(yīng)用物理快報(bào)》的一項(xiàng)研究中，來自O(shè)xford PV公司的研究人員將鈣鈦礦與硅配對(duì)，生產(chǎn)出更強(qiáng)大的太陽(yáng)能電池，較高可以將29.52%的光能轉(zhuǎn)換為電能，突破了傳統(tǒng)硅太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率限制。

　　經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在研究機(jī)構(gòu)和太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的共同努力下，光伏組件的價(jià)格呈指數(shù)級(jí)下降。僅在過去十年中，光伏發(fā)電的成本就下降了85%以上，這使得太陽(yáng)能在世界上大多數(shù)地區(qū)比化石燃料資源更便宜。

　　這大大降低了成本，加上許多國(guó)家實(shí)施前瞻性能源政策，使太陽(yáng)能光伏成為發(fā)電和運(yùn)輸部門理想的負(fù)擔(dān)得起的清潔能源。然而，截至2020年，全球光伏累計(jì)裝機(jī)容量?jī)H為0.7太瓦，這意味著要實(shí)現(xiàn)IRENA的2050年太陽(yáng)能目標(biāo)，需要光伏生產(chǎn)和安裝的積極增長(zhǎng)。目前，主要的太陽(yáng)能光伏技術(shù)是基于晶硅(c-Si)，在2019年占產(chǎn)量的95%，而硅光伏的成本預(yù)計(jì)將繼續(xù)下降。目前主要太陽(yáng)能光伏技術(shù)是基于晶體硅(同單晶硅)，占95%的產(chǎn)量。

　　如果要進(jìn)一步降低能源成本，就需要顛覆性創(chuàng)新來超越它。為了提高c-Si模塊的效率，技術(shù)上成熟的策略是將其與另一種更寬的帶隙太陽(yáng)能材料配對(duì)，這種材料可以選擇性地吸收太陽(yáng)光譜中更高的能量區(qū)域。

　　研究人員表示，通過將這種材料疊加到較低的帶隙c-Si之上，可以實(shí)現(xiàn)串接結(jié)構(gòu)，這可以克服單結(jié)器件的基本肖克利-奎塞爾極限。這一策略已經(jīng)在國(guó)際光伏技術(shù)路線圖(ITRPV)中被確定，該路線圖預(yù)測(cè)10年后基于硅的串聯(lián)電池進(jìn)入光伏市場(chǎng)。雖然有幾種選擇可以將寬帶隙頂部電池與c-Si配對(duì)，但較有希望的候選人是金屬鹵化物鈣鈦礦，在過去的10年里，科學(xué)界一直在進(jìn)行密集的研究和開發(fā)。

　　研究人員們認(rèn)為鈣鈦礦和c-Si在串聯(lián)裝置中的配對(duì)，在許多不同的關(guān)鍵層面上都是理想的，它體現(xiàn)了串聯(lián)PV成功進(jìn)入陸地能源市場(chǎng)的較快途徑。在這個(gè)視角下，我們將從材料科學(xué)、制造、可持續(xù)性和商業(yè)的關(guān)鍵角度討論鈣鈦礦和硅如何很好地匹配串聯(lián)光伏發(fā)電，以及它們的結(jié)合如何代表一種技術(shù)改變，將有助于加速全球光伏發(fā)電能力增長(zhǎng)和減緩氣候變化。