天天资讯:科学家在钙钛矿-硅叠层太阳能电池中实现30.3%的效率

该技术利用无溶剂共蒸发法实现了30.3%的效率评级。

德国亥姆霍兹柏林中心（HZB）公布了一种简单方法，可提升高效“叠层”太阳能电池的性能和商业可行性。这种电池将光敏钙钛矿层叠在硅之上。

(资料图片)

具体而言，研究人员通过在子电池之间添加一层超薄氯化铯种子层，改进了单片钙钛矿-硅叠层太阳能电池。

该技术利用无溶剂共蒸发法实现了30.3%的效率评级。

太阳能技术的微观修复

标准硅层具有纳米结构表面，以优化光吸收。但这种粗糙的表面使有机自组装单分子层（SAM）难以均匀形成。SAM主要用作空穴传输层。

HZB的科学家利用BESSY II同步辐射装置上的先进红外和X射线工具，对界面进行了放大观察。他们看到的现象解释了多年来的制造难题。

有机SAM分子聚集在纹理硅的凹谷中，使凸起区域几乎完全裸露。当研究人员尝试气相沉积顶部钙钛矿层时，不平整的表面引发了化学失效：在间隙处形成了不需要的碘化铅，严重削弱了电池的能量输出。

氯化铯种子层的引入改变了微观地形。它充当化学基础，抚平SAM层下方的缺陷，并促使钙钛矿晶体在纹理硅上平滑生长。

据第一作者Viktor Škorjanc博士介绍，这种种子层补偿了表面不平整，促进了共蒸发钙钛矿在纹理硅上的均匀生长。它还防止了因空穴传输覆盖不完整而导致的缺陷形成。

由于层质量的提升，所制备的叠层太阳能电池达到了30.3%的效率。据新闻稿称，这是“蒸发法钙钛矿电池的杰出数值”。

无溶剂共蒸发

该方法采用真空共蒸发，这是一种已在商业制造行业广泛使用的无溶剂工艺。

去除工艺中的化学溶剂，针对的是钙钛矿太阳能电池商业化的一个主要障碍：长期材料降解和不稳定性。

无溶剂制造可保护底层免受降解，从而生产出耐用得多的叠层电池。它可以为大规模生产高效太阳能电池板提供可行的基础，从而支持商业制造。

实验室中大多数破纪录的钙钛矿电池依赖旋涂或湿化学溶液工艺，这些工艺难以很好地放大到大型纹理工业硅片上。真空共蒸发已经是制造OLED屏幕和微电子器件的标准工艺，因此工厂采用要容易得多。

HZB蒸发钙钛矿太阳能电池团队负责人Marcel Roß博士表示：“这代表着在将实验室的创纪录效率转化为可靠、可工业制造的叠层太阳能技术方面，迈出了真正的一步。”

HZB团队可能终于为工业太阳能制造提供了实现经济实惠的下一代太阳能电池板的关键。

钙钛矿-硅叠层太阳能电池每平方英尺产生的电力远高于硅电池，因此非常适合空间受限的城市屋顶，以及希望最大化清洁能源发电的高能耗工业设施。

此外，钙钛矿重量轻，并且可以被设计成半透明，从而支持建筑一体化光伏（BIPV）。这使得能量收集技术可以直接集成到建筑元素中，例如摩天大楼外墙、玻璃窗和天窗。

该研究成果发表在《焦耳》（Joule）期刊上。

关键词： 太阳能电池板 太阳能技术