高效稳定！新型双叠层太阳能电池可定制化“生长” 用光发电效率突破25%

近日，国际知名期刊《科学》发表了一项电池制造方面的重大突破——通过在有纹理的硅上“催长”钙钛矿，多伦多大学和阿卜杜拉国王科技大学的研究人员们开发出高效、稳定的双叠层太阳能电池。

以往，宽带隙钙钛矿可以通过形成串联电池来提高硅太阳能电池的效率，但是通常钙钛矿必须在硅电池的光滑面上生长，因为在粗糙的光捕获面上生长的材料通常不能完全覆盖硅酸盐电池。硅表面及其粗糙的纹理易于相分离。

而这次，研究人员们用带隙约为1.68电子伏特的钙钛矿“生长”出厚膜，并使用钝化剂1-丁硫醇限制了其相互分离。

整体来看，这些综合的增强功能，使钙钛矿硅串联太阳能电池的独立认证功率转换效率达到了25.7％。这些器件在85°C下进行400小时的热稳定性测试后，以及在40°C下在最大功率点跟踪400小时后，其性能几乎没出现衰减。

这将意味着，可以充分利用钙钛矿技术迄今取得的巨大进步，将性能更好、成本更低的光伏发电板推向市场。

采用特殊方式“堆叠”后的太阳能电池形成了双结膜，这有可能克服光伏电池的单结Shockley-Queisser极限。固溶钙钛矿的快速发展，让钙钛矿单结的效率超过了20％。但是，此前该工艺尚未能够与行业相关的纹理化晶体硅太阳能电池进行单片集成。

在他们的研究中，研究人员揭秘了将溶液处理的微米级钙钛矿顶部电池与完全纹理化的硅异质结底部电池相结合的双相电池。

具体而言，为了克服微米级钙钛矿中电荷收集的挑战，研究人员将硅锥体底部的耗尽宽度增加了3倍，这使其高到足以覆盖用于标准硅晶片的金字塔结构。研究小组发现，凹处的钙钛矿会产生一个电场，该电场将钙钛矿层中产生的电子与硅层中产生的电子分开。

此外，他们通过将自限钝化剂（1-丁硫醇）制成的“钝化层”覆盖在了钙钛矿表面上，从而增加了扩散长度并进一步抑制了相偏析，加强了电荷分离。

研究团队表示，他们将继续改进设计，包括将稳定性提高到行业基准要求的1000个小时。

参考来源：Efficient tandem solar cells with solution-processed perovskite on textured crystalline silicon

https://science.sciencemag.org/content/367/6482/1135?rss=1