29.15%!由钙钛矿和硅制成的串联太阳能电池再次刷新纪录

HZB的一个研究小组在《科学》杂志上发表了一篇报告，介绍了目前由钙钛矿和硅制成的串联太阳能电池效率达到29.15%的世界纪录。即使没有封装，串联电池也能在300小时内保持稳定的性能。为了实现这一目标，史蒂夫·阿尔布雷希特教授领导的小组研究了界面处的物理过程，以改善载流子的传输。

由两个带隙不同的半导体组成的太阳能电池串联使用时，与单独使用的单个电池相比，可以获得相当高的效率。这是因为串联电池更有效地利用太阳光谱。在将太阳光转换成可见光时，主要是利用太阳光中的某些组分。

在2020年初，由史蒂夫·阿尔布雷希特（SteveAlbrecht）教授领导的团队打破了之前由钙钛矿和硅制成的串联太阳能电池（28.0%，牛津光伏）的世界纪录，创造了29.15%的新世界纪录。与最高认证和科学出版的效率（DOI:101126中的26.2%）相比，这是一个巨大的进步。新值已在FraunhoferISE认证并在NREL图表中列出。现在，这项研究结果已经发表在《科学》杂志上，详细解释了制造过程和基础物理。

“29.15%的效率不仅是这项技术的记录，而且在NREL图表中处于整个新兴光伏类别的最顶端，”Albrecht团队的博士生、该研究的第一作者EikeKöhnen说。此外，新型钙钛矿/硅串联电池的特点是在连续暴露于空气和模拟太阳光下300多小时内性能稳定，无需封装保护。该团队利用了一种具有1.68ev禁带的复杂钙钛矿成分，并专注于优化衬底界面。

他们与来自立陶宛的合作伙伴（VytautasGetautis教授的团队）开发了一种有机分子的中间层，这些分子可以自行排列成自组装单层膜（SAM）。它由一个新的甲基取代咔唑分子（Me-4PACz）组成。这种SAM被应用到电极上，促进了电荷载体的流动。”我们首先准备了完美的床，可以说，钙钛矿就躺在上面，”阿姆兰·阿舒里说，他也是阿尔布雷希特团队的成员，也是这项研究的第一作者。

研究人员随后使用了一系列补充研究方法来分析钙钛矿、SAM和电极之间界面的不同过程：“特别是，我们优化了所谓的填充因子，它受从钙钛矿顶部电池中流失的电荷载流子数量的影响，阿舒里解释道。当电子通过C60层沿阳光方向流动时，“空穴”通过SAM层反向移动进入电极然而，我们观察到空穴的提取比电子提取慢得多，这限制了填充因子，”阿尔·阿舒里说。然而，新的SAM层大大加速了空穴传输，因此同时有助于改善钙钛矿层的稳定性。

通过结合光致发光光谱、模型、电特性和太赫兹电导率测量，可以区分钙钛矿材料界面的各种过程，并确定显著损耗的来源。

许多合作伙伴参与了该项目，包括立陶宛考纳斯理工大学、波茨坦大学、斯洛文尼亚卢布尔雅那大学、英国谢菲尔德大学以及柏林理工大学，阿尔布雷希特在那里担任初级教授。