世界纪录：Perovskite / Silicon串联太阳能电池效率为30％的魔法阈值

三维串联太阳能电池堆的概略结构。

目前的世界唱片串联太阳能电池为300小时提供了稳定的性能 - 即使没有封装也是如此。

HZB团队发表了一份关于其目前世界历史性效率发展的报告，促进了钙钛矿和硅制成的串联太阳能电池效率的29.15％。串联电池提供300小时的稳定性能 - 即使没有封装也没有。为实现这一目标，由Steve Albrecht教授领导的集团在接口调查了物理过程，以改善电荷载体的运输。

由具有不同带隙间隙的两个半导体组成的太阳能电池可以在与本身的近似细胞相比串联中使用时达到相当更高的效率。这是因为串联电池更有效地使用太阳光谱。特别地，传统的硅太阳能电池主要将光的红外部件有效地转化为电能，而某些钙钛矿化合物可以有效地利用阳光的可见部件，使得这种强大的组合。

新纪录29.15％

在2020年代初，由HZB的史蒂夫·阿布里奇特教授领导的团队突破了由Perovskite和硅制成的串联太阳能电池的以前的世界纪录（28.0％，牛津PV），设定了新的世界纪录29.15％。与最高的认证和科学发布的效率相比（DOI中的26.2％：10,1126 / science.aba3433），这是一个巨大的一步前进。新价值已在Fraunhofer Ise认证，并在NREL图表中列出。现在，结果已发表在COSSCLACTS中，并详细解释了制造过程和基础物理学。

300小时内的一致性

“29.15％的效率不仅是这项技术的记录，而且是NREL图表中整个新兴光伏类别的顶部，”博格勒队的团队博士学生eikeKöhnen说，并分享了这项研究的第一作者。此外，新的钙钛矿/硅串联电池的特征在于在连续暴露于空气和模拟阳光下在超过300小时的情况下的一致性，而不通过封装保护。该团队利用复杂的钙钛矿组合物，具有1.68EV带隙，并专注于优化基板界面。

有用：自组装单层

与立陶宛的合作伙伴（Vytautas Getautis教授）他们开发了一个有机分子中间层，可以自主地安排进入自组装单层（SAM）。它由具有甲基替代的基于新型咔唑基分子（Me-4pacz）组成。将该SAM施加到电极上并促进电荷载流子的流动。“我们首先准备好了完美的床，所以佩洛夫斯基特奠定了，”Amran al-ashouri说，他也是Albrecht团队的成员，分享了第一作者的研究。

填充因子优化

然后，研究人员使用了一系列互补的调查方法来分析Perovskite，SAM和电极之间的界面的不同过程：“特别是，我们优化了所谓的填充因子，这受到在佩罗夫斯库特顶级电池中丢失了多少电荷载流子的影响，”al-ashouri解释道。虽然电子通过C60层在阳光的方向上流出，但是“孔”在相反方向上通过SAM层移动到电极中。“然而，我们观察到，孔的提取比电子提取速度要慢，这限制了填充因子，”Al-Ashouri说。然而，新的SAM层显着加速了空穴传输，因此同时有助于改善钙钛矿层的稳定性。

方法组合

通过光致发光光谱，建模，电学表征和太赫兹电导率测量的组合，可以区分钙钛矿材料界面处的各种过程，并确定显着损失的起源。

合作作为成功的关键

许多合作伙伴参与了该项目，包括Kaunas Technology大学/立陶宛，波茨坦大学，卢布尔雅那大学/斯洛文尼亚，谢菲尔德/英国大学，以及Physikalisch-Technische Bundesanstalt（PTB），HTW Berlin和Technische柏林大学，阿尔布雷克举行了初级教授。在HZB实验室Hysprint和PVComb中分别在Hzb Labs Hysprint和PVComb上进行了inpidual perovskite和硅细胞的作品。“每个合作伙伴将自己的特殊专业知识带到了项目，所以我们能够实现这种突破，”Albrecht说。最大可能效率已经在达不到范围内：研究人员纯属分析了两种细胞，并计算了这种设计的最大可能效率为32.4％。“我们肯定可以达到超过30％，”Albrecht说。

参考：“单片钙钛矿/硅串联太阳能电池效率”，效率增强孔萃取效率，艾克兰·埃里省，艾克斯···赫姆··李，哈尼姆·梅尔··赫皮尔，彼得哈里奥省，埃恩斯塔斯·贝伦·莫拉莱斯·埃内斯塔斯Kasparavicius，Joel A. Smith，Nga Phung，Dorothee Menzel，Max Grischek，Lukas Kegelmann，Dietian Golroblin，Chrisian Gollwitzer，Tadas Malinauskas，MarkoJošt，GašperMatic，Bernd Reh，Rutger Schlatmann，Marko主题，Lars Korte，Antonio Abate，Bernd Stannowski，Dieter Neher，Martin Stolterfoht，Thomas Unold，Vytautas Getautis和Steve Albrecht，2020年12月11日，Science.doi：
10.1126 / science.abd4016