新加坡國立侯毅Nat. Revl.：PCE28.6%@330.56cm2！鈣鈦礦基多結(jié)太陽能電池

主要內(nèi)容

目前，在新加坡國立大學侯毅助理教授和中科院深圳**技術(shù)研究院王在偉研究員的引領(lǐng)下，其團隊聚焦于太陽能電池領(lǐng)域的前沿研究。市售單結(jié)光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）已接近約29%的理論極限值，這促使科研人員探索新的技術(shù)路徑以突破效率瓶頸。多結(jié)太陽能電池通過疊加具有互補帶隙的多種材料，能夠有效拓寬對太陽光譜的吸收范圍，進而提升光電轉(zhuǎn)換效率，相較于僅含單一吸光層的光伏器件具有顯著優(yōu)勢?；诖耍瑘F隊深入開展了鈣鈦礦 - 鈣鈦礦 - 硅三結(jié)太陽能電池（TJSCs）的性能研究，此類電池已報道的PCE為27.62%，理論**PCE可達44.3%，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/strong>

金屬鹵化物鈣鈦礦材料的帶隙可通過化學手段進行精準調(diào)控，這對于多結(jié)太陽能電池而言至關(guān)重要。通過合理設(shè)計帶隙，能夠使不同吸光層分別吸收不同波段的光，實現(xiàn)光譜的高效利用。然而，針對多結(jié)應(yīng)用而設(shè)計帶隙的鈣鈦礦材料在成膜過程中常面臨結(jié)晶性不佳的問題，這會導致在暴露條件下發(fā)生限制PCE的相分離現(xiàn)象，成為制約多結(jié)太陽能電池性能提升的關(guān)鍵因素。

為解決上述問題，團隊開展了大量創(chuàng)新性研究。通過添加錫（如二氯化錫，其可調(diào)節(jié)鈣鈦礦的電子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化載流子傳輸性能）和/或采用多種離子（如鉀離子、銣離子，它們能夠進入鈣鈦礦晶格，穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)）或配體（如硫醇類配體，可與鈣鈦礦表面缺陷結(jié)合，減少非輻射復合）進行摻雜來改變材料組成，成功提升了單層性能及器件整體穩(wěn)定性。在實際輻射條件下，鈣鈦礦基三結(jié)太陽能電池展現(xiàn)出較高的**能量產(chǎn)出（每年895千瓦時/平方米），彰顯出巨大的應(yīng)用潛力。團隊認為，若能進一步降低開路電壓損失、改善中間層的帶隙匹配度，并著重提升制備工藝的可重復性與可擴展性，鈣鈦礦基三結(jié)太陽能電池有望突破概念驗證階段，邁向?qū)嶋H應(yīng)用。

除了三結(jié)太陽能電池，團隊在多結(jié)太陽能電池的其他類型研究中也取得了重要進展。一種全鈣鈦礦四結(jié)疊層電池已實現(xiàn)27.9%的效率，其通過更精細的帶隙設(shè)計，進一步提高了對太陽光譜的利用率。此外，團隊還成功展示出一種鈣鈦礦 - 硅雙結(jié)太陽能電池，在有效面積達330.56平方厘米的條件下，其效率仍能達到28.6% 。這一制備過程需要在各種尺寸的設(shè)備上保持高度一致性、可重復性和高生產(chǎn)良率，從而有助于從實驗室順利過渡到工業(yè)生產(chǎn)線 。諸如刮刀涂布、狹縫涂布和噴墨打印等可擴展的溶液基沉積技術(shù)，已展現(xiàn)出制備面積高達804平方厘米的鈣鈦礦光伏器件的潛力，但隨著器件面積增大，這些技術(shù)可能因涂布均勻性變差、溶劑揮發(fā)不充分等原因面臨著性能下降的挑戰(zhàn) 。

本綜述表明，針對鈣鈦礦基多結(jié)器件的研究才剛剛起步，在侯毅助理教授和王在偉研究員的帶領(lǐng)下，團隊后續(xù)將在材料設(shè)計、制備工藝優(yōu)化、器件性能提升等方面開展更深入的研究，為推動鈣鈦礦基多結(jié)太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用貢獻力量。

文獻信息

Perovskite-based multi-junction solar cells

Yuxin Yao, Shunchang Liu, Carlos D. Rodríguez-Gallegos, César A. Rodríguez-Gallegos, Zaiwei Wang & Yi Hou

https://www.nature.com/articles/s44359-025-00103-8

- 產(chǎn)品咨詢及購買請聯(lián)系我們 -