第一作者：Tomas Leijtens

通讯作者：Tomas Leijtens、Michael D. McGehee

通讯单位：美国斯坦福大学、美国国家可再生能源实验室（NREL）

核心内容：

1. 探讨钙钛矿串联太阳能电池的独特潜力，以低成本实现远高于单结太阳能电池的太阳能-电能转换效率。

2. 基于钙钛矿串联制造的最新发展，详细说明了将该技术超越概念验证阶段的未来研究方向。

金属卤化物钙钛矿半导体多晶薄膜的太阳能电池最近引起了人们的关注，因为它们可以通过溶液或气相沉积途径以低成本从常用的前体加工得出，并且具有优异的光电性能，可调谐的带隙，这些优势使其成为串联太阳能电池的理想候选材料。一般通过使用钙钛矿作为宽带隙顶部电池与低带隙硅或铜铟二硒化物底部电池配对，或者通过使用宽带和小带隙的钙钛矿半导体制造全钙钛矿串联太阳能电池。

 随着实验室规模下的钙钛矿串联太阳能电池设备展现出的高效率，证明了该太阳能电池的潜力，因此从整体上考虑串联设备的设计将变得越来越重要，以确保它们可以在现实条件下转换为商业制造和运营。

有鉴于此，美国斯坦福大学Tomas Leijtens课题组和美国国家可再生能源实验室（NREL）Michael D. McGehee课题组深入分析了目前使用金属卤化物钙钛矿半导体的串联太阳能电池的机遇和挑战。

图1. 最先进的串联架构

该研究讨论了用于多结太阳能电池应用的金属卤化物钙钛矿的独特前景，重点介绍钙钛矿串联的当前发展，并讨论了后期缩小到商业化差距所要完成的工作。

多结（串联）太阳能电池通过使用具有不同带隙的若干半导体层来减轻来自载流子热化的损失。在双结串联中，具有大带隙的“顶部电池”吸收高能光子但允许低能量光子通过具有小带隙的“底部电池”中被吸收。 通过这种方式，较高能量的光子在顶部电池中产生高电压，而低能量光子在底部电池中被吸收，从而提高了组合串联电池相比单个高电平或低电池可获得的效率。

文章指出，未来的工作必须集中在将这些概念验证设计转化为可扩展的沉积工艺，以及确保行业标准封装和封装足以应用于串联太阳能电池，尤其是全钙钛矿串联太阳能电池的封装需要大量研究。一旦完成，受益于与现有C-Si工业的合作，钙钛矿-硅串联将进入快速商业化，条件是钙钛矿电池不限制串联稳定性。作者认为，从长远来看，所有钙钛矿双晶系统都是钙钛矿技术的最终体现，可实现高效低成本的薄膜模块制造和部署。

图2. 理论串联性能限制与当前最佳设备的比较

图3. 宽带隙钙钛矿太阳能电池的损耗

图4. 典型的串联工艺流程

总之，本文探讨了钙钛矿串联太阳能电池的独特潜力及最新发展，为未来研究及应用提供了方向。

参考文献：

Leijtens T，Bush K A，Prasanna R，et al. Opportunities and challenges for tandem solar cells using metal halide perovskite semiconductors[J]. Nature Energy, 2018.

DOI: 10.1038/s41560-018-0190-4

https://www.nature.com/articles/s41560-018-0190-4