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钙钛矿多结太阳能电池助推大规模清洁能源发展
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钙钛矿多结太阳能电池助推大规模清洁能源发展 近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究员王在伟与新加坡国立大学教授侯毅合作在《自然综述：清洁技术》发表综述文章。研究人员系统总结了钙钛矿基多结太阳能电池的最新研究进展与未来发展方向，为推动新一代高效、低成本光伏技术提供了重要的理论依据和发展蓝图。 光伏发电作为实现碳中和的重要能源技术，近年来发展迅速。然而，目前商用的硅基或钙钛矿单结电池效率已接近单结理论极限，进一步提升空间有限。多结太阳能电池通过层叠具有互补带隙的光吸收材料，可更高效地利用太阳光谱，被认为是突破效率瓶颈的关键路径。 钙钛矿材料因其带隙可调、制备成本低、工艺灵活等优势，被广泛应用于与硅或其他半导体叠层的多结光伏器件中。但与此同时，该领域仍面临诸多挑战，例如超宽带隙钙钛矿在光照下易发生相分离，中间层材料电流输出不足，以及层间工艺兼容性差等问题，这些因素制约了器件的进一步发展和规模化应用。 该综述全面梳理了近年来钙钛矿-钙钛矿-硅三结太阳能电池的研究进展，并从材料设计、器件结构和应用潜力等方面提出了深入分析与展望。 研究人员指出，超宽带隙钙钛矿是实现三结器件的关键，但其相分离问题严重。通过离子掺杂或化学组分工程，可有效改善结晶性，抑制卤素离子迁移，从而提升开路电压和稳定性。理想的中间层带隙应在1.40至1.50电子伏特之间。铅-锡混合钙钛矿，以及纯相甲脒铅碘等材料表现出良好的潜力，部分研究已实现接近理论值的电流匹配，推动了整体效率的提升； 作为光伏产业的主力，硅电池为叠层提供了坚实的基底。最新的隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）、硅异质结等技术与钙钛矿叠层结合，展现出更高的转换效率和良好的稳定性；合理的互连层不仅要高透明度、低电阻，还需避免对下层造成损伤。通过优化透明导电氧化物或超薄金属层，能够实现更高效的电荷输运并减少寄生吸收。 模拟结果显示，钙钛矿-钙钛矿-硅三结电池的理论效率可达44.3%，比双结电池39.5%的理论极限高出约5个百分点。在实际气候条件下，该类三结器件的发电量比单结电池提升33至46%，比双结电池高约8%，展现出巨大的应用潜力。 钙钛矿基多结太阳能电池凭借其优异的光电性能和低成本优势，被视为最有希望与传统硅光伏结合的下一代高效器件。本研究不仅全面总结了当前研究中的关键科学问题，也明确指出了未来的发展方向。 该文章的发表，不仅为科研人员提供了系统性的研究框架和问题导向，也为产业界探索低成本、高效率的下一代光伏器件提供了技术路线图。未来，钙钛矿多结太阳能电池有望在大规模清洁能源生产中发挥核心作用，助力“双碳”目标的实现。 相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s44359-025-00103-8 |
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