钙钛矿/硅串联太阳能电池

钙钛矿太阳能电池首次被证明具有优异的光吸收性能是在2009年，虽然当时效率并不高，但它开启了光伏研究的新道路。如今，钙钛矿太阳能电池有望与传统硅太阳能电池相结合，进一步提高光伏电池的转换效率和性能。

在21世纪，随着气候变化问题的日益严峻，全球范围内对可持续能源的需求日益增长。科学家们不断寻求更高效、更经济的方法来利用太阳能，以减少对化石燃料的依赖，并减少温室气体排放。在这样的背景下，科学家们引领着一场革命性的研究，旨在开发出更高效的太阳能电池技术。他们的目标是创造一种能够更有效地转换阳光为电能的新型电池，这对全球的可再生能源领域具有重要意义。

串联太阳能电池由硅电池覆以钙钛矿太阳能电池(PSC)组成，可以提高商业批量生产的太阳能电池的效率，并且可以超过单结电池的限制，而不增加实质性的成本。目前，钙钛矿/CIGSe串联电池的功率转换效率达到24.2%，全钙钛矿串联电池达到24.8%，钙钛矿/硅串联效率最高值则为26.2%。然而，这些以钙钛矿为基础的串联太阳能电池仍然有改进的空间，因为所有这些串联技术的实际限制都远高于30%。

在两项独立的研究中，研究人员报告了能够制造出功率转换效能超过30%的高性能钙钛矿-硅串联太阳能电池的新方法。硅太阳能电池是最常用的光伏 (PV) 技术，该电池正在迅速接近功率转换效率 (PCE) 为 29% 的理论上限。提高太阳能电池效率的一种方法是优化可转化为能量的太阳光谱。这可以通过将两种或多种互连的光活性材料堆叠到某单个装置中而得以实现，从而提高对太阳能的收集。

一家由比尔盖茨支持的公司旨在将钙钛矿面板商业化，以使太阳能变得极具可行性。CubicPV 总部位于马萨诸塞州和得克萨斯州，得到盖茨的 Breakthrough Energy Ventures 的支持。

沙特阿拉伯国王阿卜杜拉科技大学（KAUST）的研究人员开发出一种新型太阳能电池，有望显著提高可再生能源的能量效率。

尽管目前钙钛矿/硅叠层太阳电池效率可达到33.2%，但钙钛矿活性层的长期稳定性是阻碍钙钛矿/硅叠层太阳电池商业化的最紧迫问题之一。目前提高钙钛矿器件稳定性通常基于封装工艺、晶体调控工程、缺陷钝化方法和能带调节方式。然而，类似于许多金属、玻璃和聚合物材料中的“应力腐蚀”，由器件制造和运行中不可避免的拉伸应力引起的时间依赖的亚临界钙钛矿降解仍然会发生。

德国柏林亥姆霍兹中心 (HZB) 的科学家宣布已经生产出一种钙钛矿/硅串联太阳能电池，其效率为32.5%，这是新的世界纪录效率！

多伦多工程大学、西北大学和托莱多大学之间的合作产生了一种全钙钛矿串联太阳能电池，具有极高的效率和创纪录的电压。该原型设备展示了这种新兴光伏技术克服与传统硅太阳能电池相关的关键限制的潜力，同时还提供了更低的制造成本。

隶属于 UNIST 的一个研究小组成功地在钙钛矿-硅串联太阳能电池中实现了 23.50% 的功率转换效率 (PEC)，该电池采用特殊的纹理抗反射涂层 (ARC) 聚合物薄膜制成。据研究团队介绍，带有ARC膜的设备PCE持续120小时，保持其初始值的91%。

据媒体报道，近期，钙钛矿串联光伏电池转换效率屡创新高。日前，洛桑联邦理工学院（EPFL）和瑞士电子与微技术中心（CSEM）共同创造了钙钛矿-硅串联太阳能电池新的转化率世界纪录，达到31.3%。这项新纪录使该技术超越了单独使用硅的上限，另外，它使用的还是低成本和可扩展的材料。

Q CELLS 是太阳能、储能、下游项目业务和能源零售领域著名的整体能源解决方案提供商，与柏林亥姆霍兹中心的研究人员合作，使用基于Q.ANTUM的硅底电池和基于钙钛矿的顶部电池，创造了串联太阳能电池效率28.7%的新世界纪录。

今天的太阳能电池组件主要由硅制成，人们已经进一步提高了其效率。但自2008年以来，“金属卤化物钙钛矿”这一材料已成为研究重点：这些半导体化合物能很好地将太阳光转化为电能，而且仍有很大的改进空间。此外，它们可以与硅太阳能电池结合成串联太阳能电池，更有效地利用太阳光。

北大团队对钙钛矿光伏器件的“埋底界面”开展系统深入研究，首次阐明了“埋底界面”中“微结构-化学分布-光电功能”的科学关系，明确指出“埋底界面”非辐射复合能量损失的主要来源，建立起钙钛矿光伏器件“埋底界面”的可视化研究平台

长期以来，硅一直是太阳能电池的黄金标准，但它开始达到极限。现在，工程师们已经实现了这种钙钛矿/硅串联太阳能电池的效率新纪录，接近30%。这项新研究工作已经发表在《科学》杂志上。