研究团队制造出能量转换效率超过20%的串联太阳能电池

一个研究小组首次展示了一种概念验证串联太阳能电池，该电池使用硒化锑作为底部电池材料，使用宽带隙有机-无机杂化钙钛矿材料作为顶部电池材料。该装置实现了超过20% 的功率转换效率。这项研究表明，硒化锑在底部电池应用方面具有巨大的潜力。

该研究于2024年3月4日发表在《能源材料与设备》杂志上。

光伏技术利用阳光并将其转化为电能，这种技术之所以流行，是因为它提供了一种清洁的可再生能源。科学家们一直在努力提高太阳能电池的功率转换效率或效率衡量标准。他们已经在传统的单结太阳能电池中实现了超过 20% 的功率转换效率。要在单结太阳能电池中实现超过 Shockley-Queisser 极限的功率效率，需要付出更大的成本。然而，单结太阳能电池的 Shockley-Queisser 极限可以通过制造串联太阳能电池来克服。利用串联太阳能电池，研究人员能够通过将太阳能电池材料堆叠在一起来获得更高的能源效率。

研究团队致力于利用一种名为硒化锑的半导体制造串联太阳能电池。过去对硒化锑的研究主要集中在单结太阳能电池的应用上。但研究团队知道，从带隙的角度来看，这种半导体可能被证明是串联太阳能电池合适的底部电池材料。

“硒化锑是一种适合用作叠层太阳能电池的底电池材料，但由于叠层太阳能电池用其作为底电池的报道很少，因此其应用很少受到关注。我们用其作为底电池组装了一个转换效率高的叠层太阳能电池，以展示这种材料的潜力。”中国科学技术大学材料科学与工程系教授陈涛说。叠层太阳能电池比使用单层半导体材料的单结太阳能电池更能吸收太阳光。叠层太阳能电池将更大比例的太阳光转化为电能，因此比单结太阳能电池更节能。

该团队制作了钙钛矿/硒化锑串联太阳能电池，该电池具有透明导电电极，可优化光谱响应。他们能够调整顶部电池透明电极层的厚度，以获得超过 17% 的高效率。他们通过引入双电子传输层优化了硒化锑底部电池，实现了 7.58% 的功率转换效率。

当他们用机械方式组装顶部和底部电池以创建四端串联太阳能电池时，能量转换效率超过 20.58%，高于独立子电池的转换效率。他们的串联太阳能电池具有出色的稳定性和无的组成元素。“这项工作提供了一种新的串联器件结构，并表明硒化锑是串联太阳能电池底部电池应用的有前途的吸收材料，”陈说。

展望未来，该团队希望致力于开发集成度更高的双端串联太阳能电池，进一步提高器件性能。“硒化锑的高稳定性为双端串联太阳能电池的制备提供了极大的便利，这意味着它与相当多不同类型的顶部电池材料搭配使用时可能会产生良好的效果。”

研究团队成员包括中国科学技术大学的蔡志远、蔡慧玲、顾月浩、唐荣峰、朱长飞、陈涛，以及合肥工业大学的孙佳和罗派峰。

该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、合肥工业大学校地合作产业创新引导基金重点项目、芜湖市重大工程应用项目以及中科院合肥科学中心协同创新项目的资助。

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