高效率鈣鈦礦／硅異質結疊層太陽電池研究方面取得進展

太陽能光伏發電是清潔可再生能源技術。近日，中國科學院上海微系統與信息技術研究所微系統技術重點實驗室研究員劉正新團隊聯合電子科大教授劉明偵團隊，開發了轉換效率接近29%的鈣鈦礦/硅異質結SHJ疊層太陽電池，成為迄今為止基于產業化全絨面SHJ太陽電池的最高效率。相關研究成果以Fully Textured, Production-line Compatible Monolithic Perovskite/silicon Tandem Solar Cells Approaching 29% Efficiency為題，發表在Advanced Materials上。 

　　目前，單結硅異質結SHJ太陽電池和鈣鈦礦太陽電池最高轉換效率分別為26.5%和25.7%。理論模擬計算結果顯示，基于高效SHJ太陽電池的鈣鈦礦疊層太陽電池轉換效率有望突破40.0%，是學術界公認的未來可能第一個實現轉換效率超過30.0%的低成本商業化太陽電池技術。雖然實驗室鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池轉化效率高達31.3%，但基于產業化SHJ全絨面底電池的鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池的最高認證效率僅為25.2%。如何突破鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池制造技術限制，特別是全絨面SHJ底電池導致的疊層界面體漏電問題、上下子電池的電流匹配問題、復合結TCO薄膜的光電損失問題以及鈣鈦礦層的大面積涂敷均勻性問題等，成為進一步提高疊層太陽電池轉換效率的關鍵。鑒于此，科研團隊進行技術攻關，以產業化高效SHJ太陽電池為基礎開發了高透光的ITO復合結，通過設計NiOx/2PACz([2-(9H-carbazol-9-yl)乙基]膦酸)作為ITO復合結上的超薄雜化空穴傳輸層實現界面能級匹配，并以此為支點搭配共蒸發+旋涂兩步法策略，在SHJ太陽電池頂部實現高質量鈣鈦礦層的保形沉積。研究發現，NiOx中間層有助于2PACz分子均勻地自組裝到全絨面的表面上，從而避免ITO和鈣鈦礦頂部電池之間的直接接觸，消除傳統工藝在全絨面SHJ底電池上的嚴重體漏電問題。該研究得益于這種巧妙的界面工程策略，在產業化全絨面的鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池上（1.2cm²）獲得了轉換效率高達28.84%的第三方認證效率。 

　　這是該課題組繼發現SHJ太陽電池摻雜非晶硅（a-Si:H）薄膜中反常Staebler-Wronski效應后（Nature Energy, 7 (2022) 427-437）, 在面向可產業化超高效太陽電池技術攻關中的又一重要技術進展。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項“鴻鵠專項”、微系統技術重點實驗室基金項目的支持。