硅钙钛矿串联太阳能电池的新世界纪录

提高太阳能电池的功率转换效率很重要，原因有二。从长远来看，这是降低平准化电力成本的最有效途径。在短期内，这是在空间有限的应用(例如，屋顶、外墙、车辆甚至无人机)中推广光伏的最佳方式。

然而，所有太阳能电池从根本上受到制造材料的限制，这反过来又影响了它们可以实现的效率。迄今为止，采用最多的太阳能电池技术是由硅制成的。但尽管硅取得了成功，它的理论效率极限约为29%。该技术目前的效率略低于27%，为未来的效率提升留下了非常小的余地。

在超越这一限制的创新竞赛中，科学家们在硅中添加了一个(或多个)互补太阳能电池，以形成“串联”太阳能电池。太阳的较高能量可见光被顶部电池吸收，而较低能量的红外光被串联后部的硅电池吸收。卤化物钙钛矿已被确定为硅的理想合作伙伴，因为与单独的硅相比，它们可以更有效地将可见光转换为电能，而不会过度增加制造成本。

双倍世界纪录成功

“我们已经克服了心理障碍，”EPFL光伏实验室和CSEM可持续能源中心负责人ChristopheBallif说。“我们已经通过实验验证了硅上钙钛矿串联的高效潜力。其他类型的材料(即III-V半导体)已经实现了30%的效率标记。但是，这些材料和用于制造它们的工艺过于昂贵，无法维持能源转型——这些设备比硅太阳能电池贵一千倍。我们的研究结果首次表明，使用低成本材料和工艺可以克服30%的障碍，这应该会开辟新的前景为光伏的未来。”

来自纳沙泰尔的研究人员成功地提高了两种硅钙钛矿串联的效率。

首先，他们采用材料和制造技术，在平坦的硅表面上从溶液中沉积高质量的钙钛矿层，1cm2太阳能电池的功率转换效率达到30.93%。其次，通过研究一种与纹理硅表面兼容的新型混合蒸汽/溶液处理技术，他们生产出了一种太阳能电池，其功率转换效率为31.25%(同样为1cm2)。

这些结果构成了两项新的世界纪录：一项是平面设备架构，一项是纹理设备架构。后一种方法提供更高的电流并且与当前工业硅太阳能电池的结构兼容。此前，钙钛矿-硅串联太阳能电池的效率转换记录是由柏林亥姆霍兹中心的一个团队于2021年创下的，该团队达到了29.8%。EPFL和CSEM的新记录由美国国家可再生能源实验室(NREL)独立认证。

前途光明

CSEM的QuentinJeangros指出：“这些高效成果现在需要进一步的研发，以允许它们扩大到更大的表面积，并确保这些新电池能够在我们的屋顶和其他地方在标准寿命内保持稳定的功率输出。”

“据说串联钙钛矿硅技术有可能超过30%的效率基准，但这是第一次证明这种长期预测的潜力，这有望为更便宜的可持续电力铺平道路。未来，”EPFL的ChristianWolff总结道。