水介质增强硅太阳能电池性能：光热协同调控与稳定发电新策略

为解决硅太阳能电池光学损耗和热损耗问题，研究人员创新性地提出水浸策略，通过水层降低菲涅尔反射率并增强光捕获能力。实验表明，在标准AM1.5光照下，稳态水和流动水环境分别使电池效率提升至23.42%和22.87%，且流动水条件下温度稳定在17°C，功率波动低于1%。该研究为低成本、高效稳定的光伏技术提供了新思路。

　　

在可再生能源领域，硅太阳能电池长期面临光学损耗（如菲涅尔反射）和热损耗（如热化效应）的双重挑战。传统解决方案如抗反射涂层（AR）和纳米结构虽有效，却伴随工艺复杂、成本高昂等问题。随着全球对清洁能源需求激增，开发简单高效的性能提升策略成为研究热点。

意大利罗马第二大学等机构的研究团队在《Materials Today Sustainability》发表论文，提出将水作为活性层介质直接接触硅太阳能电池的创新方法。通过理论计算和实验验证，团队证明水层能显著降低光反射并优化热管理，最终实现23.42%的功率转换效率（PCE），且流动水环境下温度稳定在17°C，功率波动小于1%。这项研究为光伏技术提供了可规模化应用的解决方案。

研究采用四大关键技术：1）菲涅尔方程模拟光反射行为；2）激光切割定制化硅电池器件；3）积分球光谱仪测定反射率；4）3D打印水下封装系统结合热成像监测。通过对比空气、稳态水和流动水三种环境，系统评估了光电性能与温度稳定性的关联。

水浸硅电池的宽谱太阳能捕获
通过AM1.5G光谱分析发现，水层（折射率1.33）与SiN_x涂层（折射率2）形成梯度折射界面，使光反射率从40%降至2.2%。理论计算显示，水层将布鲁斯特角从硅-空气界面的14°提升至水-硅界面的53°，拓宽了有效光吸收角度范围。

二极管特性与性能提升
暗电流测试表明，水浸使饱和电流密度（J₀）从6.3×10^-7降至1.6×10^-8 A cm^-2，二极管理想因子趋近1。在AM1.5G光照下，短路电流密度（J_SC）提升15%，最大输出功率达19.6 mW cm^-2。

水层厚度与光强影响
15 mm水层为最优厚度，此时PCE达峰值23.42%。光强实验显示，水浸器件在10-100 mW cm^-2范围内均保持α≈1的载流子复合系数，表明其优异的电荷收集能力。

光谱光电特性
紫外-红外波段测试中，水浸使入射光子-电流转换效率（IPCE）最高提升至97.37%。反射光谱证实水层在850 nm波段反射率降低60%，有效抑制热化效应。

热特性与稳态发电
流动水使电池温度稳定在17°C，30分钟内PCE波动<1%，而空气组效率衰减15.8%。三周期270分钟测试验证了方案的长期稳定性。

该研究突破性地将水从被动冷却介质转变为光伏系统的主动功能组分，通过光-热协同调控实现“一石三鸟”：降低反射损耗、优化热管理、提升运行稳定性。尤其值得注意的是，方案可直接应用于现有商业化硅电池，无需复杂工艺改造。研究为海上光伏、水下设备供电等场景提供了新思路，同时启发对乙醇、海水等替代介质的探索。未来通过封装技术优化和模块化设计，这项低成本策略有望加速光伏技术的普惠化应用。