半透明鈣鈦礦太陽能電池中金屬氧化層降解問題已成功解決，在世界上首次顯示出重大進(jìn)展。

韓國能源研究所光伏研究部與KIER能源人工智能和計算科學(xué)實驗室合作，在提高半透明鈣鈦礦太陽能電池的耐用性和性能方面取得了進(jìn)展。這些電池在建筑窗戶和串聯(lián)太陽能電池的開發(fā)中顯示出應(yīng)用前景。

半透明太陽能電池的效率達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的21.68%，是世界上使用透明電極的鈣鈦礦太陽能電池中效率最高的。此外，它們還表現(xiàn)出卓越的耐用性，在運(yùn)行 240 小時后仍能保持 99% 以上的初始效率。

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追求碳中和和太陽能創(chuàng)新

到2050年實現(xiàn)碳中和，關(guān)鍵在于實現(xiàn)下一代太陽能電池技術(shù)的“超高效”和“應(yīng)用領(lǐng)域多樣化”，克服安裝空間和國土面積的限制。這需要高效和多功能的技術(shù)，如串聯(lián)太陽能電池和窗戶太陽能電池。這兩種技術(shù)都需要高效穩(wěn)定的半透明鈣鈦礦太陽能電池。

對于半透明鈣鈦礦太陽能電池的制造，有必要用允許光線通過的透明電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)不透明太陽能電池的金屬電極。在此過程中，會產(chǎn)生高能粒子，導(dǎo)致空穴傳輸層性能下降。

為了防止這種情況，通常會在空穴傳輸層和透明電極層之間沉積金屬氧化層作為緩沖劑。然而，與在相同條件下生產(chǎn)的不透明太陽能電池相比，半透明器件的電荷傳輸性能和穩(wěn)定性降低，確切的原因和解決方案尚未明確。

在理解和提高太陽能電池穩(wěn)定性方面取得突破

研究人員利用電光分析和原子級計算科學(xué)來確定半透明鈣鈦礦太陽能電池制造過程中電荷傳輸特性和穩(wěn)定性降低的原因。通過這一點(diǎn)，他們發(fā)現(xiàn)鋰離子（Li）的添加增加了空穴傳輸層的電導(dǎo)率，擴(kuò)散到作為緩沖劑的金屬氧化物層中，最終改變了金屬氧化物緩沖層的電子結(jié)構(gòu)，從而降低了其特性。

此外，除了確定原因外，研究人員還通過優(yōu)化空穴傳輸層的氧化時間解決了這個問題。他們發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化氧化將鋰離子轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的氧化鋰（LixOy）可以減輕鋰離子的擴(kuò)散，從而增強(qiáng)器件的穩(wěn)定性。這一發(fā)現(xiàn)表明，以前被認(rèn)為是簡單反應(yīng)副產(chǎn)物的氧化鋰可以在提高效率和穩(wěn)定性方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

開發(fā)的工藝產(chǎn)生了半透明鈣鈦礦太陽能電池，其效率高達(dá)21.68%，是所有透明電極鈣鈦礦太陽能電池中最高的。此外，這項研究還表明，在黑暗存儲中 400 小時和在連續(xù)照明操作條件下超過 240 小時，其初始效率的 99% 以上保持令人印象深刻，展示了其出色的效率和穩(wěn)定性。

在雙面疊層太陽能電池中的實現(xiàn)

研究團(tuán)隊更進(jìn)一步，將開發(fā)的太陽能電池作為串聯(lián)太陽能電池的頂級電池，創(chuàng)造了該國第一個雙面串聯(lián)太陽能電池，該太陽能電池利用了從背面反射的光以及從正面入射的光。通過與Jusung Engineering Co.， Ltd.和德國Jülich研究中心的合作，雙面串聯(lián)太陽能電池在后部反射光為標(biāo)準(zhǔn)太陽光20%的條件下，實現(xiàn)了4端子配置的31.5%和26.4%的高雙面等效效率。

該研究的負(fù)責(zé)人、光伏研究部的Ahn SeJin博士表示，“這項研究代表了該領(lǐng)域的重大進(jìn)展，它檢查了半透明鈣鈦礦太陽能電池特有的有機(jī)化合物和金屬氧化物緩沖層界面處發(fā)生的降解過程，”并補(bǔ)充說，“我們的解決方案很容易實施， 展示了我們開發(fā)的技術(shù)在未來使用的巨大潛力。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202302147