近日，卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）、哈梅林太陽能研究所（ISFH）和漢諾威萊布尼茨大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了三結(jié)鈣鈦礦-鈣鈦礦-硅太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率創(chuàng)下24.4%的歷史新高。

該團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了每個(gè)鈣鈦礦子電池（頂部和中間電池分別為~1.84和~1.52 eV），將電流產(chǎn)生最大化至11.6 mA cm?2。這一成就的關(guān)鍵是開發(fā)了一種高性能的中間鈣鈦礦子電池，采用了穩(wěn)定的純α相高質(zhì)量甲脒碘化鉛鈣鈦礦薄膜。這使得三結(jié)中的高開路電壓為2.84V。如果在85°C的黑暗中放置1081小時(shí)，未封裝得三結(jié)器件可保持高達(dá)其初始效率的96.6%。

迄今為止，與全鈣鈦礦疊層太陽能電池相比，使用三個(gè)或更多的多結(jié)鈣鈦礦基光伏電池在性能和研發(fā)進(jìn)展上相對滯后。該團(tuán)隊(duì)表示，處理三結(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是在復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)中一次處理高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜、單互連子電池的光管理和電流匹配、以及開發(fā)低損耗隧穿/復(fù)合結(jié)。據(jù)介紹，最關(guān)鍵的是中間的鈣鈦礦子電池，因?yàn)樗挥诘撞抗桦姵氐纳隙?，并且需要承受寬帶隙（WBG）鈣鈦礦頂部電池的后續(xù)處理。

在最近的研究中，研究人員表示，該電池基于能帶隙為1.84 eV的鈣鈦礦頂部電池、帶隙為1.52 eV的中間鈣鈦礦電池和帶隙為1.1 eV的硅底部電池。底部電池的厚度為200μm。它是用氫氧化鉀蝕刻的，并且是基于氧化物（POLO）結(jié)上的電子收集多晶硅。對于中間和頂部器件，研究人員使用了最有前途的鹵化物鈣鈦礦之一——被稱為α-FAPbI3的α-甲脒碘化鉛。通過ITO層形成復(fù)合結(jié)。ITO還用作順序空穴傳輸層（HTL）的錨定氧化物，特別是用于NiOx/自組裝單層（SAM）的雙HTL。此外，基于濺射氧化鎳（NiOx）和咔唑（2PACz）結(jié)合的雙HTL被用于兩個(gè)鈣鈦礦子電池中，據(jù)報(bào)道，其提供了極好的電荷載流子提取、對鈣鈦礦前驅(qū)體的溶劑的堅(jiān)固屏障以及良好的器件產(chǎn)率。

在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下測試，三結(jié)電池的功率轉(zhuǎn)換效率為24.4%，開路電壓為2.84 V，短路電流為11.6 mA cm–2，填充系數(shù)為74%。研究小組表示，這是迄今為止報(bào)道的這種三結(jié)器件的最高效率。該電池在1081小時(shí)85°C的暗存儲老化中也能保持96.6%的初始效率。通過在三結(jié)電池中進(jìn)行光學(xué)模擬和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，該團(tuán)隊(duì)能夠最大限度地減少電流失配并最大限度地產(chǎn)生電流。