科学家研发新型串联太阳能电池光电转换率达到24%

一支德国科研小组近日开发出一种串联太阳能电池，其光电转换效率达到了 24%。这创造了一个新的世界纪录，即迄今为止用这种有机和过氧化物基吸收剂的组合达到的最高效率。

该太阳能电池由伍珀塔尔大学的托马斯-里德尔教授小组与科隆大学物理化学研究所的研究人员、波茨坦大学和图宾根大学的其他项目伙伴以及柏林亥姆霍兹中心和杜塞尔多夫的马克斯-普朗克埃森福斯研究所共同开发。

该成果已于今天（2022年4月13日）发表在《自然》杂志上，标题为《Perovskite/organic tandem solar cells with indium oxide interconnect》（具有氧化铟互连的过氧化物/有机串联太阳能电池）。

传统的太阳能电池技术主要是基于半导体硅，现在被认为是“已经达到瓶颈”了。因此在光电转换效率（即每瓦特的太阳辐射收集更多瓦特的电力）很难再有改进。这使得我们更有必要开发新的太阳能技术，为能源转型做出决定性的贡献。

在这项工作中，两种这样的替代吸收器材料被结合起来。这里使用了有机半导体，这是一种碳基化合物，在某些条件下可以导电。这些材料与一种基于铅卤化合物的过氧化物搭配，具有优异的半导体特性。与传统的硅电池相比，这两种技术在生产过程中所需要的材料和能源都要少得多，从而使太阳能电池更加可持续发展成为可能。

在项目开始时，世界上最好的过氧化物/有机串联电池的效率约为20%。在伍珀塔尔大学的领导下，科隆研究人员与其他项目伙伴一起，能够将这一数值提高到前所未有的24%。

科隆大学物理化学研究所的 Selina Olthof 博士说：“为了达到如此高的效率，必须将太阳能电池内材料之间的界面损失降到最低”。为了解决这个问题，伍珀塔尔的研究小组开发了一种所谓的互连体，以电子和光学方式连接有机子电池和过氧化物子电池。

作为互连，一层薄薄的氧化铟被集成到太阳能电池中，其厚度仅为1.5纳米，以保持尽可能低的损失。科隆的研究人员在评估界面和互连的能量和电气特性方面发挥了关键作用，以确定损失过程并进一步优化组件。伍珀塔尔的研究小组的模拟结果表明，采用这种方法，未来可以实现效率超过 30% 的串联电池。

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