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光伏發電是一種清潔的可再生能源技術最近幾天，中國科學院上海微系統與信息技術研究所微系統技術重點實驗室研究員劉和電子科技大學教授劉明振研制出轉換效率接近29%的鈣鈦礦/硅異質結SHJ疊層太陽能電池，成為迄今為止基于工業化全絨面的SHJ太陽能電池最高效率相關研究成果發表在Advanced Materials上，標題為完全織構化，生產線兼容的單片鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池，效率接近29%
目前，單結硅異質結SHJ太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池的最高轉換效率分別為26.5%和25.7%理論計算結果表明，基于高效SHJ太陽能電池的鈣鈦礦疊層太陽能電池轉換效率有望超過40.0%，被學術界公認為未來第一個實現轉換效率超過30.0%的低成本商用太陽能電池技術雖然實驗室鈣鈦礦/SHJ疊層太陽能電池的轉換效率高達31.3%，但基于工業化SHJ全絨面底電池的鈣鈦礦/SHJ疊層太陽能電池最高認證效率僅為25.2%如何突破鈣鈦礦/SHJ疊層太陽能電池的技術限制，尤其是全織構化SHJ底電池引起的疊層界面漏電，上下子電池的電流匹配，復合結TCO薄膜的光電損耗以及鈣鈦礦層的大面積鍍膜均勻性，成為進一步提高疊層太陽能電池轉換效率的關鍵鑒于此，研究團隊開展技術研究，基于產業化的高效SHJ太陽能電池，研制出高透光ITO復合結，設計NiOx/2PACz乙基)膦酸作為ITO復合結上的超薄雜化空穴傳輸層，實現界面能級匹配，并以此為支點，配合共蒸發和旋涂兩步策略，實現高質量鈣鈦礦層在SHJ太陽能電池頂部的共形沉積發現NiOx中間層有助于2PACz分子在全織構化表面均勻自組裝，從而避免了ITO與鈣鈦礦頂電池的直接接觸，消除了傳統工藝在全織構化SHJ底電池中嚴重的體漏問題得益于這一巧妙的界面工程策略，在工業化鈣鈦礦/SHJ疊層太陽能電池(1.2cm2)上獲得了轉換效率高達28.84%的第三方認證效率
這是繼在SHJ太陽能電池摻雜非晶硅薄膜中發現異常Staebler—Wronski效應之后，在面向產業化的超高效太陽能電池研究方面的又一重要技術進展(Nature Energy，7 (2022) 427—437)本研究得到了中國科學院戰略性先導科技項目洪湖計劃和微系統技術重點實驗室基金項目的資助
圖一。鈣鈦礦/SHJ疊層太陽能電池制備的簡單示意圖
圖二。鈣鈦礦/SHJ疊層太陽能電池的基本結構和第三方認證效率
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