摘要：近日，Nature在线发表了牛津大学Henry J. Snaith、Shuaifeng Hu和日本京都大学Atsushi Wakamiya课题组的研究论文，题目为「Steering perovskite precursor solutions for mult

近日，Nature在线发表了牛津大学Henry J. Snaith、Shuaifeng Hu和日本京都大学Atsushi Wakamiya课题组的研究论文，题目为「Steering perovskite precursor solutions for multijunction photovoltaics」，论文的第一作者为Shuaifeng Hu和Junke Wang。

将多个吸收器带隙集成到串联多结光伏（PVs）中可以更有效地进行太阳能转换，这要归功于将载流子热化损失降至最低。通过在该领域投入的巨大努力，单片双端钙钛矿串联电池的领先效率为34.6%，全尺寸工业模块的认证效率为26.9%。与此同时，串联光伏技术也为钙钛矿-Cu(InGa)Se2、钙钛矿-CuInSe2、有机-钙钛矿和全钙钛矿器件提供了24.2%、24.9%、25.2%和30.1%的高效率（最高文献报道28.5%）。在这些材料组合中，由于钙钛矿材料的出色带隙可调性，所有钙钛矿串联因其单片集成多结电池的卓越能力而脱颖而出。

基于细致平衡原理，双结、三结和四结电池在1个太阳辐照度下分别显示出约45%、52%和56%的最大理论效率。然而，进一步增加超过4个集成结的数量可能会增加电力的平均成本，因为增加的制造成本可能无法证明效率的轻微提高是合理的，从而导致更长的投资回报时间。在实际运行中，为了最大限度地提高能量产出，最佳的结数是5个左右。针对四个或五个结，最终应该会产生最高能量的光伏。

在此研究中，通过重点了解Sn-Pb钙钛矿前驱体溶液的化学性质，作者发现Sn(II)物种在与前驱体和添加剂的相互作用中占主导地位，并揭示了羧酸在调节溶液胶体性质和薄膜结晶方面的独特作用，以及铵在改善薄膜光电性能方面的独特作用。结合这两个官能团的材料（氨基酸盐）大大提高了钙钛矿薄膜的半导体质量和均匀性，超过了单个官能团作为单独分子的一部分引入时的效果。

增强的Sn-Pb钙钛矿层能够制造出单结、双结和三结器件的功率转换效率（PCEs）分别为23.9%、29.7%（认证为29.26%）和28.7%的太阳能电池。1-cm2三结器件显示PCEs为28.4%（认证为27.28%）。在环境中进行860小时的最大功率点跟踪后，封装的三结电池保持了其初始效率的80%。进一步制造的四结器件获得了27.9%的PCEs，最高开路电压为4.94 V。这项研究工作为多结光伏建立了一个新的基准。

图1 | Sn-Pb钙钛矿前驱体溶液的化学性质。

图2 | Sn-Pb钙钛矿薄膜的形貌、结晶度和电子性质。

图3 | Sn-Pb钙钛矿薄膜的光电性能表征。

图4 | 太阳能电池器件。

论文链接：

Hu, S., Wang, J., Zhao, P. et al. Steering perovskite precursor solutions for multijunction photovoltaics. Nature, 2024. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08546-y

--科研任我行

来源：Future远见