近日，中國科學院深圳先進技術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》發(fā)表綜述文章。研究人員系統(tǒng)總結了鈣鈦礦基多結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，近年來發(fā)展迅速。然而，目前商用的硅基或鈣鈦礦單結電池效率已接近單結理論極限，進一步提升空間有限。多結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-硅三結太陽能電池的研究進展，并從材料設計、器件結構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)結等技術與鈣鈦礦疊層結合，展現(xiàn)出更高的轉換效率和良好的穩(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。

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

鈣鈦礦基多結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)硅光伏結合的下一代高效器件。本研究不僅全面總結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路線圖。未來，鈣鈦礦多結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)。