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太陽能光伏發(fā)電是清潔可再生能源技術(shù)。近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所微系統(tǒng)技術(shù)重點實驗室研究員劉正新團隊聯(lián)合電子科大教授劉明偵團隊，開發(fā)了轉(zhuǎn)換效率接近29%的鈣鈦礦/硅異質(zhì)結(jié)SHJ疊層太陽電池，成為迄今為止基于產(chǎn)業(yè)化全絨面SHJ太陽電池的最高效率。相關(guān)研究成果以Fully Textured, Production-line Compatible Monolithic Perovskite/silicon Tandem Solar Cells Approaching 29% Efficiency為題，發(fā)表在Advanced Materials上。

目前，單結(jié)硅異質(zhì)結(jié)SHJ太陽電池和鈣鈦礦太陽電池最高轉(zhuǎn)換效率分別為26.5%和25.7%。理論模擬計算結(jié)果顯示，基于高效SHJ太陽電池的鈣鈦礦疊層太陽電池轉(zhuǎn)換效率有望突破40.0%，是學(xué)術(shù)界公認的未來可能第一個實現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率超過30.0%的低成本商業(yè)化太陽電池技術(shù)。雖然實驗室鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池轉(zhuǎn)化效率高達31.3%，但基于產(chǎn)業(yè)化SHJ全絨面底電池的鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池的最高認證效率僅為25.2%。如何突破鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池制造技術(shù)限制，特別是全絨面SHJ底電池導(dǎo)致的疊層界面體漏電問題、上下子電池的電流匹配問題、復(fù)合結(jié)TCO薄膜的光電損失問題以及鈣鈦礦層的大面積涂敷均勻性問題等，成為進一步提高疊層太陽電池轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。鑒于此，科研團隊進行技術(shù)攻關(guān)，以產(chǎn)業(yè)化高效SHJ太陽電池為基礎(chǔ)開發(fā)了高透光的ITO復(fù)合結(jié)，通過設(shè)計NiOx/2PACz([2-(9H-carbazol-9-yl)乙基]膦酸)作為ITO復(fù)合結(jié)上的超薄雜化空穴傳輸層實現(xiàn)界面能級匹配，并以此為支點搭配共蒸發(fā)+旋涂兩步法策略，在SHJ太陽電池頂部實現(xiàn)高質(zhì)量鈣鈦礦層的保形沉積。研究發(fā)現(xiàn)，NiOx中間層有助于2PACz分子均勻地自組裝到全絨面的表面上，從而避免ITO和鈣鈦礦頂部電池之間的直接接觸，消除傳統(tǒng)工藝在全絨面SHJ底電池上的嚴重體漏電問題。該研究得益于這種巧妙的界面工程策略，在產(chǎn)業(yè)化全絨面的鈣鈦礦/SHJ疊層太陽電池上(1.2cm2)獲得了轉(zhuǎn)換效率高達28.84%的第三方認證效率。

這是該課題組繼發(fā)現(xiàn)SHJ太陽電池摻雜非晶硅(a-Si:H)薄膜中反常Staebler-Wronski效應(yīng)后(Nature Energy, 7 (2022) 427-437), 在面向可產(chǎn)業(yè)化超高效太陽電池技術(shù)攻關(guān)中的又一重要技術(shù)進展。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項“鴻鵠專項”、微系統(tǒng)技術(shù)重點實驗室基金項目的支持。

原標(biāo)題：上海微系統(tǒng)所等在高效率鈣鈦礦/硅異質(zhì)結(jié)疊層太陽電池研究方面取得進展