摘要

近年來，串聯(lián)太陽能電池技術(shù)因其突破單結(jié)太陽能電池 Shockley–Queisser 限制的潛力而備受關(guān)注。然而，開發(fā)兼具成本效益和高效率的串聯(lián)裝置仍是一項重大挑戰(zhàn)。亞利桑那州立大學 Feng Yan 教授團隊在 Solar 期刊發(fā)表了題為"Exploring the Feasibility and Performance of Perovskite/Antimony Selenide Four-Terminal Tandem Solar Cells" 的論文，成功驗證了使用寬能隙鈣鈦礦頂電池和窄能隙硒化銻底電池組成的四端 (4T) 串聯(lián)太陽能電池的可行性，并展示了其優(yōu)異的電池性能。

研究方法

研究團隊首先利用一維 (1D) 太陽能電池電容仿真器 (SCAPS) 進行仿真計算，結(jié)果顯示這種架構(gòu)具有可行性，預測鈣鈦礦/硒化銻 4T 串聯(lián)裝置的仿真效率可達 23%。為了驗證仿真結(jié)果，他們制造了兩個寬能隙半透明鈣鈦礦電池，能隙分別為 1.6 eV 和 1.77 eV，并將其與窄能隙硒化銻 (1.2 eV) 機械堆棧，形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，最終實驗效率超過 15%。這些研究成果展現(xiàn)了鈣鈦礦頂電池與新興的地球富含量硒化銻薄膜太陽能技術(shù)相結(jié)合的巨大潛力，為提高整體裝置效率提供了新的途徑。

設(shè)計及工作原理

論文中詳細介紹了 4T 串聯(lián)太陽能電池的設(shè)計理念和工作原理。寬能隙 (WBG) 鈣鈦礦頂電池負責吸收高能量光子，而低能量光子則穿透頂電池并被窄能隙 (NBG) 硒化銻底電池吸收。這種設(shè)計確保了太陽光譜的有效利用，最大限度地提高了整體裝置效率。

研究團隊采用了多種先進技術(shù)和設(shè)備來制造和表征串聯(lián)太陽能電池，其中包括：

旋涂法沉積鈣鈦礦層和空穴傳輸層 (HTL)

近空間升華法 (CSS) 沉積硒化銻吸收層

太陽光仿真器測試電池的電流-電壓特性

光焱科技設(shè)備的應用

光焱科技 (enlitech) QE-R光伏/太陽能電池量子效率光學儀

通過這些技術(shù)和設(shè)備，研究團隊成功地制造了高效穩(wěn)定的 4T 串聯(lián)太陽能電池，并對其性能進行了深入分析。

實驗結(jié)果顯示，1.6 eV 鈣鈦礦頂電池和硒化銻底電池組成的 4T 串聯(lián)太陽能電池的效率高，達到 16.13%，而 1.77 eV 鈣鈦礦頂電池的串聯(lián)效率則為 14.96%。這表明鈣鈦礦材料的能隙對串聯(lián)電池的性能有著顯著影響。

結(jié)果與貢獻

這項研究的主要貢獻在于：

驗證了鈣鈦礦/硒化銻 4T 串聯(lián)太陽能電池的可行性，并展示了其優(yōu)異的電池性能。

通過模擬計算和實驗驗證，探討了鈣鈦礦材料能隙對串聯(lián)電池性能的影響。

為開發(fā)低成本、高效的串聯(lián)太陽能電池提供了新的思路和方向。

結(jié)論

總而言之，亞利桑那州立大學 Feng Yan 教授團隊的研究成果為鈣鈦礦/硒化銻串聯(lián)太陽能電池技術(shù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)，為未來太陽能電池技術(shù)的發(fā)展指明了方向。隨著鈣鈦礦和硒化銻材料技術(shù)的不斷進步，我們相信鈣鈦礦/硒化銻串聯(lián)太陽能電池將在未來太陽能市場中扮演重要角色。

Reference?

solar, Published: 3 April 2024?