24.4%效率的三结钙钛矿-钙钛矿-硅太阳能电池

近日，卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）、哈梅林太阳能研究所（ISFH）和汉诺威莱布尼茨大学的研究人员设计了三结钙钛矿-钙钛矿-硅太阳能电池，其转换效率创下24.4%的历史新高。

该团队优化了每个钙钛矿子电池（顶部和中间电池分别为~1.84和~1.52 eV），将电流产生最大化至11.6 mA cm−2。这一成就的关键是开发了一种高性能的中间钙钛矿子电池，采用了稳定的纯α相高质量甲脒碘化铅钙钛矿薄膜。这使得三结中的高开路电压为2.84V。如果在85°C的黑暗中放置1081小时，未封装得三结器件可保持高达其初始效率的96.6%。

迄今为止，与全钙钛矿叠层太阳能电池相比，使用三个或更多的多结钙钛矿基光伏电池在性能和研发进展上相对滞后。该团队表示，处理三结结构的关键挑战是在复杂的多层结构中一次处理高质量钙钛矿薄膜、单互连子电池的光管理和电流匹配、以及开发低损耗隧穿/复合结。据介绍，最关键的是中间的钙钛矿子电池，因为它位于底部硅电池的上端，并且需要承受宽带隙（WBG）钙钛矿顶部电池的后续处理。

在最近的研究中，研究人员表示，该电池基于能带隙为1.84 eV的钙钛矿顶部电池、带隙为1.52 eV的中间钙钛矿电池和带隙为1.1 eV的硅底部电池。底部电池的厚度为200μm。它是用氢氧化钾蚀刻的，并且是基于氧化物（POLO）结上的电子收集多晶硅。对于中间和顶部器件，研究人员使用了最有前途的卤化物钙钛矿之一——被称为α-FAPbI3的α-甲脒碘化铅。通过ITO层形成复合结。ITO还用作顺序空穴传输层（HTL）的锚定氧化物，特别是用于NiOx/自组装单层（SAM）的双HTL。此外，基于溅射氧化镍（NiOx）和咔唑（2PACz）结合的双HTL被用于两个钙钛矿子电池中，据报道，其提供了极好的电荷载流子提取、对钙钛矿前驱体的溶剂的坚固屏障以及良好的器件产率。

在标准照明条件下测试，三结电池的功率转换效率为24.4%，开路电压为2.84 V，短路电流为11.6 mA cm–2，填充系数为74%。研究小组表示，这是迄今为止报道的这种三结器件的最高效率。该电池在1081小时85°C的暗存储老化中也能保持96.6%的初始效率。通过在三结电池中进行光学模拟和实验优化，该团队能够最大限度地减少电流失配并最大限度地产生电流。