第一作者：郑将辉、刘祖辉、Hamid Mehrvarz
通讯作者：何颖儿、郑将辉
通讯单位：澳大利亚新南威尔士大学
研究亮点：
1. 首次报道了不需中间界面层的二端硅基钙钛矿太阳电池，并获得了在4 cm2有效面积下21%的光电转换效率，该效率为>1 cm2的两端同质结硅基钙钛矿太阳电池的最高效率。
2. 制备了到目前为止，文献报道的最大面积的两端硅基钙钛矿太阳电池(16 cm2)，并获得超过17%的光电转换效率。
近年来，随着钙钛矿太阳电池技术的发展，二端硅基太阳能电池为进一步提升现有硅太阳电池效率提供了广阔的前景。现有报道的所有二端硅基太阳能电池均需要一层额外制备的中间层（隧穿或者复合层），中间层通常需要高真空如磁控溅射或者PECVD等制备，这样便增加了制备的成本及难度。
同时，现在大部分报道的二端硅基钙钛矿太阳电池是基于异质结硅的太阳电池，这种硅电池成本高并还未大规模产业化，而目前市场上90%以上的硅太阳电池是同质结硅太阳电池。另外，大面积是太阳电池产业化的必要条件，至目前为止只有一篇文献报道了面积超过1.5 cm2的叠层太阳电池。因此开发低成本，高效率，大面积，并且不需要中间层的二端同质结硅基钙钛矿叠层太阳电池，成为硅基叠层太阳电池产业化的重大研究方向。
近日，澳大利亚新南威尔士大学Dr. Anita W. Y. Ho-Baillie课题组在Energy & Environmental Science报道了一种简单、无需中间界面层并能实现大面积制备的两端同质结硅基钙钛矿太阳电池结构设计。
基于此结构，获得了在4 cm2有效面积下21%的光电转换效率；同时获得了16 cm2有效面积下光电转换效率超过17%的叠层电池，为目前为止文献报道的最大面积的二端硅基钙钛矿太阳电池。
该工作基于无中间界面层同质结硅基钙钛矿太阳电池结构设计，采用基于钝化发射极背面接触技术（PERC）制备了同质结硅太阳电池作为底电池，采用低温溶液法（SnO2，钙钛矿，Spiro-OMeTAD）制备钙钛矿太阳电池作为顶电池。同时采用了多重优化获得了4 cm2超过20%及16 cm2超过17%的光电转换效率的两端硅基钙钛矿叠层电池。
1.优化了MAPbI3层厚度，获得了叠层太阳电池电流匹配的条件。
2.通过Sentaurus Technology Computer-Aided Design (TCAD)电学模拟，研究了不同掺杂浓度下p++发射极与SnO2的复合情况，确定了最优的底硅电池p++发射极的掺杂浓度，并制备了优化后的硅太阳电池及叠层电池。
3.采用复制玫瑰花瓣制备的PDMS减反薄膜应用在叠层太阳电池上，使得基于双面抛光的底硅电池的叠层电池短路电流得到很大的提升。
在展望部分，该工作进一步分析了优化方向和进行了光学模拟，并对以实现30%效率目标的两端硅钙钛矿叠层太阳电池的方案进行了探讨。
图1：无中间界面层二端同质结硅基钙钛矿太阳电池结构结构设计。
图2：基于TCAD模拟的不同p++掺浓度发射极的SnO2/p++界面J-V曲线。
图3：本工作中4cm2硅基钙钛矿叠层太阳电池J-V及EQE图。
图4：本工作中16 cm2硅基钙钛矿叠层太阳电池J-V及EQE图。
图5： 通过进一步理论优化设计后,模拟计算所得各层光学损失分布图。
总之，该工作为实现低成本，高效率，大面积的二端钙钛矿硅基叠层太阳电池的产业化提供了一条很好的技术路径。
参考文献：
Jianghui Zheng et al. & Anita W. Y. Ho-Baillie；Large area efficient interface layer free monolithic perovskite/homo-junction-silicon tandem solar cell with over 20% efficiency；Energ. Environ. Sci. 2018, Doi:10.1039/C8EE00689J.
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/ee/c8ee00689j#!divAbstract
作者简介：
新南威尔士大学钙钛矿太阳电池课题组组长： Anita W. Y. Ho-Baillie （何穎兒）
Anita Ho-Baillie博士是澳大利亚新南威尔士大学光伏与可再生能源学院的副教授，她的研究兴趣涵盖硅及薄膜太阳电池，包括从电池的设计、制备、表征、成本分析，再到其在Si/III-V, Si/钙钛矿叠层，BIPV建筑一体化以及电动车上的应用。Ho-Baillie博士从2013年以来开始领导UNSW的钙钛矿研究课题组从事新型高效率钙钛矿太阳电池研究，课题组在2016年底取得了认证的单块最大面积钙钛矿太阳电池效率的世界纪录。截至目前，Ho-Baillie博士已经在Nature Photonics，Nature Mater.，Energ. Environ. Sci. , ACS Energy Lett. , Adv. Energy Mater.，Nano Energy等国际著名期刊发表论文90余篇。
