三结太阳能电池稳态性能大幅跃升

德国亥姆霍兹柏林材料和能源中心科学家研制出一种由不同钙钛矿半导体组成的三结太阳能电池，其光电转换效率达到27.3%，并在连续运行超过770小时后性能几乎无损，稳定性得到大幅提升。相关论文已发表于《焦耳》杂志。

钙钛矿半导体制造成本低廉、质地轻盈，可附着在柔性基底上。将两种或多种带隙不同的钙钛矿半导体叠在一起做成多结电池，就能分段吸收不同颜色的阳光，更充分地利用太阳光谱。团队将三种带隙的钙钛矿材料堆叠，打造出这款三结太阳能电池。

这项工作的关键在于中间子电池与底部子电池之间的那层界面。底部吸收层由带隙较窄的锡铅基钙钛矿构成，它与空穴传输层之间的相互作用，是提升电池光电转换效率和稳定性的重要因素。此前常用的空穴传输材料PEDOT:PSS会造成能量损失，拉低光电转换效率。

为解决这一难题，团队曾在铅基钙钛矿电池中成功引入自组装单层(SAM)作为空穴传输层。然而，单靠SAM在锡铅基钙钛矿中提取空穴的效率仍然欠佳。于是，团队又在SAM层下加入一层氧化石墨烯(GO)，就像为电荷铺就了一条高速公路，无论在界面形貌还是电子特性上都得到了优化，使电荷传输变得格外顺畅。用这种GO/SAM双层替代传统的PEDOT:PSS后，电池内部的光损耗被大幅遏制。

配备GO/SAM的三结太阳能电池实现了27.3%的光电转换效率，在持续工作770小时后，仍能保持初始效率的90%以上，证明了这种电池架构的潜力。

团队表示，随着各层钙钛矿和界面薄膜质量的进一步提升，这种架构的效率完全有望突破30%。