优化光路、高通量激光划片和使用既定涂层等工艺为商业化铺平了道路。
Karlsruhe Institute of Technology（KIT）的研究人员开发了一种完全可扩展的全钙钛矿串联太阳能模块。这些模块的效率高达19.1%，孔径面积为12.25平方厘米。通过优化光路、高通量激光划刻和使用已建立的工业涂层方法来提高效率，这是全球首次报道的此类结果。相关研究结果发表在《Nature Energy》上。
图：具有四个串联电池条的串联太阳能电池模块的照片，总孔径面积为2.56 平方厘米。
作为一种随时可用且用途广泛的能源，阳光在从化石燃料向可再生能源的过渡和独立能源供应中发挥着关键作用。太阳能电池将阳光转化为电能。近年来，钙钛矿半导体太阳能电池因其高效率和低成本而显示出巨大的前景。尽管取得了巨大进展，但单个钙钛矿电池的效率仍然有限。这种限制可以通过堆叠两个具有不同带隙的太阳能电池来克服。带隙是一种材料特性，决定了太阳能电池吸收以发电的入射光谱部分。
堆叠提高效率
串联太阳能电池使用的光谱范围更广，发电量更大，效率更高。具有可调带隙的钙钛矿太阳能电池不仅是由其他材料制成的太阳能电池的理想串联组件，而且也是所有钙钛矿串联太阳能电池的理想串联组件。它们具有低成本生产、基于溶液的处理方法、机械灵活性以及将具有不同钙钛矿带隙的电池自由组合的特点。研究人员预计，如果所有钙钛矿串联太阳能电池能够满足稳定性和可扩展性的要求，它们将在未来获得较高的市场份额。可扩展性意味着新设计可以在更大范围和大规模生产中应用。
研究人员已成功开发出高效全钙钛矿串联太阳能组件的可扩展模型。研究人员能够在孔径为0.1平方厘米的情况下，将单个钙钛矿电池的效率提高到23.5%，在孔径为12.25平方厘米的情况下，将所有钙钛矿串联太阳能模块的效率提高到19.1%。孔径区域是未被电极、框架或固件覆盖的表面的可用部分。在大约5%的情况下，放大时的效率损失相对较低。“这是在世界范围内的首次报告的全钙钛矿串联太阳能模块，”该研究主要作者兼全钙钛矿串联太阳能模块团队负责人Bahram Abdollahi Nejand博士说。
通过三项创新实现升级
这一显著成果基于三个关键创新。研究人员通过优化光路和减少太阳能电池结构中的反射来提高效率。他们使用高通量激光划片实现了串联太阳能模块的高效布局，从而能够生产具有两个终端互连电池条的功能性串联太阳能微型模块。最后，他们使用了已经确立的工业实践中的涂层工艺（刀片涂层和真空沉积）。Paetzold说：“只有在KIT的综合专业知识下，才能实现这一杰出的研究成果。这将为学术界和工业界的进一步工作提供动力，通过扩大规模和提高稳定性，使所有钙钛矿串联太阳能组件的可持续和开创性技术在商业上具有极高可行。”
[1] Bahram Abdollahi Nejand, David B. Ritzer, Hang Hu, Fabian Schackmar, Somayeh Moghadamzadeh, Thomas Feeney, Roja Singh, Felix Laufer, Raphael Schmager, Raheleh Azmi, Milian Kaiser, Tobias Abzieher, Saba Gharibzadeh, Erik Ahlswede, Uli Lemmer, Bryce S. Richards, Ulrich W. Paetzold. Scalable two-terminal all-perovskite tandem solar modules with a 19.1% efficiency. Nature Energy, 2022; DOI: 10.1038/s41560-022-01059-w
