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【資料圖】

近日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院研究員王在偉與新加坡國立大學教授侯毅合作在《自然綜述：清潔技術(shù)》發(fā)表綜述文章。研究人員系統(tǒng)總結(jié)了鈣鈦礦基多結(jié)太陽能電池的最新研究進展與未來發(fā)展方向，為推動新一代高效、低成本光伏技術(shù)提供了重要的理論依據(jù)和發(fā)展藍圖。

光伏發(fā)電作為實現(xiàn)碳中和的重要能源技術(shù)，近年來發(fā)展迅速。然而，目前商用的硅基或鈣鈦礦單結(jié)電池效率已接近單結(jié)理論極限，進一步提升空間有限。多結(jié)太陽能電池通過層疊具有互補帶隙的光吸收材料，可更高效地利用太陽光譜，被認為是突破效率瓶頸的關鍵路徑。

鈣鈦礦材料因其帶隙可調(diào)、制備成本低、工藝靈活等優(yōu)勢，被廣泛應用于與硅或其他半導體疊層的多結(jié)光伏器件中。但與此同時，該領域仍面臨諸多挑戰(zhàn)，例如超寬帶隙鈣鈦礦在光照下易發(fā)生相分離，中間層材料電流輸出不足，以及層間工藝兼容性差等問題，這些因素制約了器件的進一步發(fā)展和規(guī)模化應用。

該綜述全面梳理了近年來鈣鈦礦-鈣鈦礦-硅三結(jié)太陽能電池的研究進展，并從材料設計、器件結(jié)構(gòu)和應用潛力等方面提出了深入分析與展望。

研究人員指出，超寬帶隙鈣鈦礦是實現(xiàn)三結(jié)器件的關鍵，但其相分離問題嚴重。通過離子摻雜或化學組分工程，可有效改善結(jié)晶性，抑制鹵素離子遷移，從而提升開路電壓和穩(wěn)定性。理想的中間層帶隙應在1.40至1.50電子伏特之間。鉛-錫混合鈣鈦礦，以及純相甲脒鉛碘等材料表現(xiàn)出良好的潛力，部分研究已實現(xiàn)接近理論值的電流匹配，推動了整體效率的提升;

作為光伏產(chǎn)業(yè)的主力，硅電池為疊層提供了堅實的基底。最新的隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)、硅異質(zhì)結(jié)等技術(shù)與鈣鈦礦疊層結(jié)合，展現(xiàn)出更高的轉(zhuǎn)換效率和良好的穩(wěn)定性;合理的互連層不僅要高透明度、低電阻，還需避免對下層造成損傷。通過優(yōu)化透明導電氧化物或超薄金屬層，能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的電荷輸運并減少寄生吸收。

模擬結(jié)果顯示，鈣鈦礦-鈣鈦礦-硅三結(jié)電池的理論效率可達44.3%，比雙結(jié)電池39.5%的理論極限高出約5個百分點。在實際氣候條件下，該類三結(jié)器件的發(fā)電量比單結(jié)電池提升33至46%，比雙結(jié)電池高約8%，展現(xiàn)出巨大的應用潛力。

鈣鈦礦基多結(jié)太陽能電池憑借其優(yōu)異的光電性能和低成本優(yōu)勢，被視為最有希望與傳統(tǒng)硅光伏結(jié)合的下一代高效器件。本研究不僅全面總結(jié)了當前研究中的關鍵科學問題，也明確指出了未來的發(fā)展方向。

該文章的發(fā)表，不僅為科研人員提供了系統(tǒng)性的研究框架和問題導向，也為產(chǎn)業(yè)界探索低成本、高效率的下一代光伏器件提供了技術(shù)路線圖。未來，鈣鈦礦多結(jié)太陽能電池有望在大規(guī)模清潔能源生產(chǎn)中發(fā)揮核心作用，助力“雙碳”目標的實現(xiàn)。