硅和钙钛矿在一起才是"高配"，钙钛矿硅串联太阳能电池转换效率高达 30%

就太阳能光伏而言，尽管有商业替代品，但基于晶体硅的系统仍占据市场主导地位。2020年，基于硅片的光伏技术占全球总产量的95%。然而，预计晶体硅太阳能电池在生产中将达到约26%的实际电池效率极限。

在最近的一项研究中，英国牛津光伏公司的研究人员采取了不同的策略，提出光伏产业的下一个可行步骤是串联太阳能电池（Appl.Phys.Lett.，doi：10.1063/5.0054086）。特别是，他们概述了该公司在创造商业钙钛矿/硅串联器件方面的成功，其功率转换效率为29.52%，超过了晶体硅太阳能电池的理论上限（29.5%）。

协同工作

串联电池结合了两种类型的太阳能吸收材料，将太阳光谱分成多个波段，以实现更高的效率。例如，带隙在0.8到1.2eV之间的底部电池与带隙在1.5到1.8eV之间的顶部电池耦合，原则上可以达到大于40%的功率转换效率。

OxfordPV是牛津大学实验室的衍生产品，于2013年开始使用钙钛矿作为太阳能吸收器。凭借其低材料成本、易于制造和快速提高功率转换效率，钙钛矿设备已成为潜在的领先候选者下一代商用太阳能电池（参见“钙钛矿光伏：未来之路”，OPN，2020年11月）。对于串联，研究人员决定在底部电池中使用经过验证的硅，在顶部电池中使用新兴的钙钛矿。

“当时我们知道钙钛矿本身可以用作薄膜技术，”研究作者兼牛津光伏材料研究主管劳拉米兰达佩雷斯说。“但是，为什么[我们拥有]一项新发现的技术要与一项成熟的技术竞争，而不是让它协同工作并利用学习曲线和当前的制造结构？并且做出了决定。”

创纪录的效率

由于钙钛矿层捕捉太阳光谱的蓝色区域，而硅层捕捉红色区域，他们最近获得认证的串联器件的效率达到了29.52%，这超过了所有非集中单结的效率太阳能技术。MirandaPérez和她的同事认为，功率输出的增加超过了制造串联太阳能电池的额外制造成本。

“与传统硅电池相比，我们的最终产品可以产生至少20%以上的功率输出，”她说。“我们的太阳能电池效率更高，非常适合作为空间受限区域（例如屋顶）的优质产品。您可以从同一区域获得更多功率。”

该公司的串联电池又重又硬，尺寸和形状与传统硅太阳能电池相匹配。在此过程中，研究人员需要克服许多挑战，包括将钙钛矿整合到当前主流的硅生产线中，并确保钙钛矿层在25年或更长时间的行业预期中保持稳定。

进入市场

但MirandaPérez声称这些问题已经得到解决，OxfordPV目前正在德国完成世界上第一条硅基钙钛矿生产线的安装，希望在2022年之前进入市场。钙钛矿串联电池已经通过了国际电工委员会针对户外硅电池的一系列加速压力测试，称为IEC61215。

MirandaPérez说：“我们继续开发改进我们当前产品的路线图，为33%的太阳能电池奠定了基础。”“与此同时，我们正在寻找可能将效率提高到39%的下一代设备。”