新加坡國立侯毅Nat. Revl.：PCE28.6%@330.56cm2！鈣鈦礦基多結太陽能電池

發表時間：2025-09-18 11:23

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主要內容

目前，在新加坡國立大學侯毅助理教授和中科院深圳**技術研究院王在偉研究員的引領下，其團隊聚焦于太陽能電池領域的前沿研究。市售單結光伏器件的光電轉換效率（PCE）已接近約29%的理論極限值，這促使科研人員探索新的技術路徑以突破效率瓶頸。多結太陽能電池通過疊加具有互補帶隙的多種材料，能夠有效拓寬對太陽光譜的吸收范圍，進而提升光電轉換效率，相較于僅含單一吸光層的光伏器件具有顯著優勢?；诖?，團隊深入開展了鈣鈦礦 - 鈣鈦礦 - 硅三結太陽能電池（TJSCs）的性能研究，此類電池已報道的PCE為27.62%，理論**PCE可達44.3%，展現出巨大的發展潛力。

金屬鹵化物鈣鈦礦材料的帶隙可通過化學手段進行精準調控，這對于多結太陽能電池而言至關重要。通過合理設計帶隙，能夠使不同吸光層分別吸收不同波段的光，實現光譜的高效利用。然而，針對多結應用而設計帶隙的鈣鈦礦材料在成膜過程中常面臨結晶性不佳的問題，這會導致在暴露條件下發生限制PCE的相分離現象，成為制約多結太陽能電池性能提升的關鍵因素。

為解決上述問題，團隊開展了大量創新性研究。通過添加錫（如二氯化錫，其可調節鈣鈦礦的電子結構，優化載流子傳輸性能）和/或采用多種離子（如鉀離子、銣離子，它們能夠進入鈣鈦礦晶格，穩定晶體結構）或配體（如硫醇類配體，可與鈣鈦礦表面缺陷結合，減少非輻射復合）進行摻雜來改變材料組成，成功提升了單層性能及器件整體穩定性。在實際輻射條件下，鈣鈦礦基三結太陽能電池展現出較高的**能量產出（每年895千瓦時/平方米），彰顯出巨大的應用潛力。團隊認為，若能進一步降低開路電壓損失、改善中間層的帶隙匹配度，并著重提升制備工藝的可重復性與可擴展性，鈣鈦礦基三結太陽能電池有望突破概念驗證階段，邁向實際應用。

除了三結太陽能電池，團隊在多結太陽能電池的其他類型研究中也取得了重要進展。一種全鈣鈦礦四結疊層電池已實現27.9%的效率，其通過更精細的帶隙設計，進一步提高了對太陽光譜的利用率。此外，團隊還成功展示出一種鈣鈦礦 - 硅雙結太陽能電池，在有效面積達330.56平方厘米的條件下，其效率仍能達到28.6% 。這一制備過程需要在各種尺寸的設備上保持高度一致性、可重復性和高生產良率，從而有助于從實驗室順利過渡到工業生產線。諸如刮刀涂布、狹縫涂布和噴墨打印等可擴展的溶液基沉積技術，已展現出制備面積高達804平方厘米的鈣鈦礦光伏器件的潛力，但隨著器件面積增大，這些技術可能因涂布均勻性變差、溶劑揮發不充分等原因面臨著性能下降的挑戰。

本綜述表明，針對鈣鈦礦基多結器件的研究才剛剛起步，在侯毅助理教授和王在偉研究員的帶領下，團隊后續將在材料設計、制備工藝優化、器件性能提升等方面開展更深入的研究，為推動鈣鈦礦基多結太陽能電池的商業化應用貢獻力量。