上海微系统所等在高效率钙钛矿/硅异质结叠层太阳电池研究方面取得进展

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光伏发电是一种清洁的可再生能源技术最近几天，中国科学院上海微系统与信息技术研究所微系统技术重点实验室研究员刘和电子科技大学教授刘明振研制出转换效率接近29%的钙钛矿/硅异质结SHJ叠层太阳能电池，成为迄今为止基于工业化全绒面的SHJ太阳能电池最高效率相关研究成果发表在Advanced Materials上，标题为完全织构化，生产线兼容的单片钙钛矿/硅串联太阳能电池，效率接近29%

目前，单结硅异质结SHJ太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的最高转换效率分别为26.5%和25.7%理论计算结果表明，基于高效SHJ太阳能电池的钙钛矿叠层太阳能电池转换效率有望超过40.0%，被学术界公认为未来第一个实现转换效率超过30.0%的低成本商用太阳能电池技术虽然实验室钙钛矿/SHJ叠层太阳能电池的转换效率高达31.3%，但基于工业化SHJ全绒面底电池的钙钛矿/SHJ叠层太阳能电池最高认证效率仅为25.2%如何突破钙钛矿/SHJ叠层太阳能电池的技术限制，尤其是全织构化SHJ底电池引起的叠层界面漏电，上下子电池的电流匹配，复合结TCO薄膜的光电损耗以及钙钛矿层的大面积镀膜均匀性，成为进一步提高叠层太阳能电池转换效率的关键鉴于此，研究团队开展技术研究，基于产业化的高效SHJ太阳能电池，研制出高透光ITO复合结，设计NiOx/2PACz乙基)膦酸作为ITO复合结上的超薄杂化空穴传输层，实现界面能级匹配，并以此为支点，配合共蒸发和旋涂两步策略，实现高质量钙钛矿层在SHJ太阳能电池顶部的共形沉积发现NiOx中间层有助于2PACz分子在全织构化表面均匀自组装，从而避免了ITO与钙钛矿顶电池的直接接触，消除了传统工艺在全织构化SHJ底电池中严重的体漏问题得益于这一巧妙的界面工程策略，在工业化钙钛矿/SHJ叠层太阳能电池(1.2cm2)上获得了转换效率高达28.84%的第三方认证效率

这是继在SHJ太阳能电池掺杂非晶硅薄膜中发现异常Staebler—Wronski效应之后，在面向产业化的超高效太阳能电池研究方面的又一重要技术进展(Nature Energy，7 (2022) 427—437)本研究得到了中国科学院战略性先导科技项目洪湖计划和微系统技术重点实验室基金项目的资助

图一。钙钛矿/SHJ叠层太阳能电池制备的简单示意图

图二。钙钛矿/SHJ叠层太阳能电池的基本结构和第三方认证效率