新型多材料太阳能电池创造的新效率记录

左到右：博士后研究员Erkan Aydin（KAUST），Yi Hou（多伦多大学）和Michele De Bastiani（KAUST）是设计新型串联太阳能电池的国际团队的一部分。该设备将行业标准的硅制造与新的钙钛矿技术结合在一起。

研究人员制造出高效，稳定的串联太阳能电池，这是迄今为止报道的性能最好的太阳能电池之一。

多伦多工程大学和阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的研究人员克服了将钙钛矿新兴的太阳能收集技术与商业金标准-硅太阳能电池相结合的主要障碍。结果是高效，稳定的串联太阳能电池，这是迄今为止报道的性能最好的串联太阳能电池之一。

“今天，硅太阳能电池比以往任何时候都更高效，更便宜，”今天在《科学》杂志上发表的一篇新论文的资深作者泰德·萨金特教授说。“但是，单靠硅的效率是有限的。我们致力于使用串联（两层）方法来克服这些限制。”

与硅一样，钙钛矿晶体也可以吸收太阳能来激发电子，这些电子可以被引导到电路中。但是与硅不同，钙钛矿可以与液体混合以产生可以在表面上印刷的“太阳能油墨”。

基于墨水的制造方法（称为溶液处理）已经在印刷行业中广为接受，因此具有降低太阳能电池制造成本的潜力。

新论文的主要作者，博士后研究员Yi Hou说：“在织构化的硅上添加钙钛矿晶体层来形成串联式太阳能电池是提高其性能的好方法。”“但是当前的行业标准是基于晶圆（结晶硅薄片）而设计的，这种晶圆并未考虑到这种方法。”

尽管它们看上去很光滑，但用于太阳能电池的标准硅晶片具有约2微米高的微小锥体结构。不平坦的表面使从硅表面反射的光量减至最少，并提高了整体效率，但也使得难以在其上涂覆均匀的钙钛矿层。

侯说：“以前的大多数串联电池都是通过先抛光硅表面使其光滑然后再添加钙钛矿层而制成的。”“这行得通，但要额外付费。”

侯和团队的其他成员（包括Sargent和KAUST教授Stefaan De Wolf）采取了不同的方法。它们增加了钙钛矿层的厚度，使其高到足以覆盖由金字塔结构产生的峰和谷。

研究小组发现，山谷中的钙钛矿产生了一个电场，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。这种类型的电荷分离是有益的，因为它增加了激发的电荷将流入电路而不是电池其他部分的机会。

该团队通过将钙钛矿晶体涂覆在由1-丁烷硫醇（一种常见的工业化学品）制成的“钝化层”中，进一步增强了电荷分离。

经过独立外部实验室德国弗赖恩霍夫太阳能研究所的认证，串联太阳能电池的效率达到了25.7％。这是有史以来针对此类设计的最高效率之一。它们也很稳定，可以承受高达85摄氏度的温度超过400个小时，而不会显着降低性能。

侯说：“事实上，我们可以在不修改硅片的情况下完成所有这些工作，因此这是一个嵌入式解决方案。”“行业可以应用此方法，而不必对其现有流程进行昂贵的更改。”

侯和团队正在继续改进设计，包括将稳定性提高到1,000小时（一项行业基准）。

侯说：“我们为这项合作所取得的创纪录成绩而感到自豪，但这仅仅是个开始。”“通过克服串联太阳能电池的关键限制，我们为更大的收益奠定了基础。”

De Wolf说：“我们的方法为硅光伏产业打开了一扇大门，以充分利用钙钛矿技术迄今取得的巨大进步。”“这可以将低成本，更高性能的光伏面板推向市场。”

参考：徐继贤，Caleb C.Boyd，郑山J.Yu，Axel F.Palmstrom，Daniel J.Witter，Bryon W.Larson，Ryan M.France的“具有抑制相分离的三卤化物宽带隙钙钛矿，可实现有效的双峰” ，JérémieWerner，Steven P.Harvey，Eli J.Wolf，William Weigand，Salman Manzoor，Maikel FAM van Hest，Joseph J.Berry，Joseph M.Luther，Zachary C.Horman和Michael D. .DOI：
10.1126 / science.aaz5074