Science：20.3%，全钙钛矿串联型太阳能电池！

有机无机复合钙钛矿材料虽然已经实现了22%以上的认证效率，但是，很多人估计其商业化的第一站却很可能是和Si基太阳能电池联用。想要进一步降低成本并提高效率，就需要开发具有理想匹配能隙的串联型全钙钛矿太阳能电池：顶层用于吸收短波长太阳光，低层用于吸收长波长太阳光。

 

 

图1. FA_0.83Cs_0.17Pb(I_0.6Br_0.4)₃（1.74 eV）钙钛矿与晶硅串联太阳能电池效率超过25%

参考文献：David P. McMeekin, Henry J. Snaith et al. A mixed-cation lead mixed-halide perovskite absorber for tandem solar cells. Science, 2016, 351, 151-155.

 

串联型全钙钛矿太阳能电池要达到最佳性能，需要满足这样一个条件：前端电池的带隙为0.9-1.2 eV，后端电池的带隙为1.7-1.9 eV。

因此，制备一个全钙钛矿串联太阳能电池的困难在于：寻找一种能够吸收太阳光谱红端太阳光的稳定的钙钛矿材料。

 

有鉴于此，Eperon等人报道了一种窄带隙（1.2 eV）的Sn-Pb混合钙钛矿材料FA_0.75Cs_0.25Sn_0.5Pb_0.5I₃，其单独PEC高达14.8%（0.2 cm²）。和1.8 eV宽带隙FA_0.83Cs_0.17Pb(I_0.5Br_0.5)₃组合，二端串联太阳能电池效率为17.0%（0.2 cm²）；和1.6 eV宽带隙FA_0.83Cs_0.17Pb(I_0.83Br_0.17)₃组合，四端串联太阳能电池效率可达20.3%（0.2 cm²）。

 

 

图2. 窄带隙Sn-Pb混合钙钛矿材料

 

另外，这种吸收红外光的太阳能电池具有以往报道的Sn基钙钛矿太阳能电池所不具备的优异的热、水汽稳定性。这种钙钛矿太阳能电池材料和配置确保“全钙钛矿”薄膜太阳能电池在很长一段时间内以最低成本达到最高效率。

 

 

图3. 串联型全钙钛矿太阳能电池性能（0.2 cm²）

 

 

图4. 串联型全钙钛矿太阳能电池性能（1 cm²）

 

 

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Giles E. Eperon, Tomas Leijtens, Michael D. McGehee, Henry J. Snaith et al. Perovskite-perovskite tandem photovoltaics with optimized band gaps. Science 2016, 354, 861-865.