對于太陽能電池來說，其設計方面跟雙刀片剃刀一樣，那就是兩步工作模式總比一種好。將兩種太陽能電池重疊起來是一種不錯的設計，上層是一種半透明材料，可以將高能光子轉(zhuǎn)換成電能；而底層材料則可以將低能光子進行轉(zhuǎn)換。這使得跟多的光能可以被轉(zhuǎn)換成電能。
迄今為止，該過程所需的復雜技術主要局限于空間或密集光伏（ CPV）領域。這種“疊層電池”是在非常昂貴的單晶晶片上生長得到的，因此不利于大規(guī)模生產(chǎn)。 EMPA—瑞士聯(lián)邦材料科學與技術實驗室薄膜材料和光伏實驗室的 Stephan Buecheler 和 Ayodhya N. Tiwari 帶領的研究團隊成功實現(xiàn)了在多晶薄膜上生長疊層太陽能電池，這種方法成本低廉，因此有利于大規(guī)模應用，為大規(guī)模制造高效太陽能電池提供了可能。這種方法的秘密是：研究人員在非常低的溫度（ 50℃）下制造了這種頂層太陽能電池的鈣鈦礦薄膜，這種制作過程耗能小，成本低廉，非常有應用前景。這種疊層太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率達到了 20.5%。 Empa 的研究人員認為這種方法制作的電池有可能進一步提高轉(zhuǎn)換效率。
分子足球作為這種魔力晶體的基礎材料
這種雙層材料的成功得益于表層半透明太陽能電池的開發(fā)，其效率達到了 14.2%，穿透率達到了 72%。這種材料是通過將甲基銨碘化鉛沉積在鈣鈦礦晶體中形成的。鈣鈦礦層是在 PCBM 物質(zhì)層上生長獲得的。每一個 PCBM 分子包含有 61 個碳原子，原子相互連接像一個足球。鈣鈦礦層是通過在這一層上進行蒸汽沉積和旋涂法制成的，因此具有足球一樣的結構，然后在“不冷不熱”的溫度下退火。這種鈣鈦礦層可以將藍光和黃光轉(zhuǎn)換成電能。相反，紅光和紅外部分則可以穿過晶體。因此研究人員可以在這層電池之下再設計一種那個電池可以將這部分光轉(zhuǎn)換成電能。
雙層電池的好處：可更好的利用太陽能
Empa 的研究人員使用 CIGS（銅銦鎵二硒）電池作為這種疊層電池的底層，這技術該實驗室已經(jīng)探究多年。這種疊層電池的好處是他們可以充分利用太陽能。太陽能電池只能將能量大于能帶寬度的光子吸收，如果光子能量太低，則不會產(chǎn)生電能。如果光子能量較高，則更高部分的能量就會轉(zhuǎn)換成熱能而浪費掉。這種雙層電池就可以充分利用不同能帶寬度的材料，從而可有效將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。
光電轉(zhuǎn)換效率超過 30%不是夢
雖然很好的單層多晶太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率最多可以達到 25%，但是這種疊層電池則可能將效率提高到 30%，但是仍然有很多的工作需要做。Ayodhya Tiwari說， “我們現(xiàn)在所做的僅僅是開始。我們需要克服很多的障礙才能達到目標。為了實現(xiàn)這一點，我們需要多學科交叉的經(jīng)驗，進行許多的實驗，知道我們發(fā)現(xiàn)一種半透明的高性能電池。 ”Stephan Bücheler 說關于太陽能電池效率的競賽不僅僅是學術秀， “當生產(chǎn)太陽能電能時，只有一半的成本會體現(xiàn)到太陽能模塊本身，另一半則體現(xiàn)在基礎設施方面，例如逆變器、電纜、載波的細胞、工程成本和安裝等。當太陽能電池的效率提高，且尺寸更小時，這些配套設施的成本也降低了?！?br />
