第一作者：Tomas Leijtens
通訊作者：Tomas Leijtens、Michael D. McGehee
通訊單位：美國斯坦福大學(xué)、美國國家可再生能源實驗室（NREL）
核心內(nèi)容：
1. 探討鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池的獨特潛力，以低成本實現(xiàn)遠(yuǎn)高于單結(jié)太陽能電池的太陽能-電能轉(zhuǎn)換效率。
2. 基于鈣鈦礦串聯(lián)制造的最新發(fā)展，詳細(xì)說明了將該技術(shù)超越概念驗證階段的未來研究方向。
金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體多晶薄膜的太陽能電池最近引起了人們的關(guān)注，因為它們可以通過溶液或氣相沉積途徑以低成本從常用的前體加工得出，并且具有優(yōu)異的光電性能，可調(diào)諧的帶隙，這些優(yōu)勢使其成為串聯(lián)太陽能電池的理想候選材料。一般通過使用鈣鈦礦作為寬帶隙頂部電池與低帶隙硅或銅銦二硒化物底部電池配對，或者通過使用寬帶和小帶隙的鈣鈦礦半導(dǎo)體制造全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池。
隨著實驗室規(guī)模下的鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池設(shè)備展現(xiàn)出的高效率，證明了該太陽能電池的潛力，因此從整體上考慮串聯(lián)設(shè)備的設(shè)計將變得越來越重要，以確保它們可以在現(xiàn)實條件下轉(zhuǎn)換為商業(yè)制造和運(yùn)營。
有鑒于此，美國斯坦福大學(xué)Tomas Leijtens課題組和美國國家可再生能源實驗室（NREL）Michael D. McGehee課題組深入分析了目前使用金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體的串聯(lián)太陽能電池的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
圖1. 最先進(jìn)的串聯(lián)架構(gòu)
該研究討論了用于多結(jié)太陽能電池應(yīng)用的金屬鹵化物鈣鈦礦的獨特前景，重點介紹鈣鈦礦串聯(lián)的當(dāng)前發(fā)展，并討論了后期縮小到商業(yè)化差距所要完成的工作。
多結(jié)（串聯(lián)）太陽能電池通過使用具有不同帶隙的若干半導(dǎo)體層來減輕來自載流子熱化的損失。在雙結(jié)串聯(lián)中，具有大帶隙的“頂部電池”吸收高能光子但允許低能量光子通過具有小帶隙的“底部電池”中被吸收。 通過這種方式，較高能量的光子在頂部電池中產(chǎn)生高電壓，而低能量光子在底部電池中被吸收，從而提高了組合串聯(lián)電池相比單個高電平或低電池可獲得的效率。
文章指出，未來的工作必須集中在將這些概念驗證設(shè)計轉(zhuǎn)化為可擴(kuò)展的沉積工藝，以及確保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)封裝和封裝足以應(yīng)用于串聯(lián)太陽能電池，尤其是全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池的封裝需要大量研究。一旦完成，受益于與現(xiàn)有C-Si工業(yè)的合作，鈣鈦礦-硅串聯(lián)將進(jìn)入快速商業(yè)化，條件是鈣鈦礦電池不限制串聯(lián)穩(wěn)定性。作者認(rèn)為，從長遠(yuǎn)來看，所有鈣鈦礦雙晶系統(tǒng)都是鈣鈦礦技術(shù)的最終體現(xiàn)，可實現(xiàn)高效低成本的薄膜模塊制造和部署。
圖2. 理論串聯(lián)性能限制與當(dāng)前最佳設(shè)備的比較
圖3. 寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池的損耗
圖4. 典型的串聯(lián)工藝流程
總之，本文探討了鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池的獨特潛力及最新發(fā)展，為未來研究及應(yīng)用提供了方向。
參考文獻(xiàn)：
Leijtens T，Bush K A，Prasanna R，et al. Opportunities and challenges for tandem solar cells using metal halide perovskite semiconductors[J]. Nature Energy, 2018.
DOI: 10.1038/s41560-018-0190-4
https://www.nature.com/articles/s41560-018-0190-4
