Nature Reviews Clean Technology ∣鈣鈦礦基多結(jié)太陽能電池
近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院碳中和技術(shù)研究所王在偉研究員與新加坡國立大學(xué)侯毅教授合作在國際權(quán)威期刊Nature Reviews Clean Technology發(fā)表了題為 “Perovskite-based multi-junction solar cells”的綜述性論文[],系統(tǒng)總結(jié)了鈣鈦礦基多結(jié)太陽能電池的最新研究進(jìn)展與未來發(fā)展方向。這一成果為推動新一代高效、低成本光伏技術(shù)提供了重要的理論依據(jù)和發(fā)展藍(lán)圖。
研究背景
光伏發(fā)電作為實現(xiàn)碳中和的重要能源技術(shù),近年來發(fā)展迅速。然而,目前商用的硅基或鈣鈦礦單結(jié)電池效率已接近單結(jié)理論極限,進(jìn)一步提升空間有限。多結(jié)太陽能電池通過層疊具有互補(bǔ)帶隙的光吸收材料,可更高效地利用太陽光譜,被認(rèn)為是突破效率瓶頸的關(guān)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(yīng)用于與硅或其他半導(dǎo)體疊層的多結(jié)光伏器件中。但與此同時,該領(lǐng)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(jìn)一步發(fā)展和規(guī)模化應(yīng)用。
研究亮點與主要結(jié)論
該綜述全面梳理了近年來鈣鈦礦-鈣鈦礦-硅三結(jié)太陽能電池的研究進(jìn)展,并從材料設(shè)計、器件結(jié)構(gòu)和應(yīng)用潛力三個層面提出了深入分析與展望。
模擬結(jié)果顯示,鈣鈦礦-鈣鈦礦-硅三結(jié)電池的理論效率可達(dá)44.3%,比雙結(jié)電池的理論極限(39.5%)高出約5個百分點。在實際氣候條件下,該類三結(jié)器件的發(fā)電量比單結(jié)電池提升33–46%,比雙結(jié)電池高約8%,展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
應(yīng)用前景與意義
鈣鈦礦基多結(jié)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(jié)合的下一代高效器件。本研究不僅全面總結(jié)了當(dāng)前研究中的關(guān)鍵科學(xué)問題,也明確指出了未來的發(fā)展方向:
該綜述的發(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(dǎo)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(shù)路線圖。未來,鈣鈦礦多結(jié)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(biāo)的實現(xiàn)。

論文上線截圖,DOI: 10.1038/s44359-025-00103-8

鈣鈦礦-硅多結(jié)太陽能電池的演變及工作原理

基于鈣鈦礦的多結(jié)太陽能電池的能量產(chǎn)出評估
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