世界上最好的串联太阳能电池由硅底部电池和钙钛矿顶部电池组成，目前可以将约三分之一的入射太阳辐射转化为电能。这些都是创纪录的价值，特别是对于可能非常便宜的技术而言。柏林亥姆霍兹中心(HZB)的一个团队现在正在提供科学数据，并在《科学》杂志上描述了这一进展是如何实现的。

破纪录的串联太阳能电池现已有了精确的科学解释

“这一成就之所以能够实现，是因为我们HZB在硅异质结技术和钙钛矿太阳能电池方面积累了专业知识，并且密切合作，”HZB钙钛矿串联太阳能电池研究小组的领导者SteveAlbrecht教授说道。例如，HySPRINT创新实验室的钙钛矿专家和光伏能力中心(PVcomB)的硅专家已经创下了串联太阳能电池的多项效率世界纪录。

串联太阳能电池还于2022年12月成为头条新闻，当时它创下了新的效率世界纪录，将32.5%的入射阳光转化为电能。这一世界纪录一直保持到2023年4月中旬，由沙特阿拉伯KAUST研究中心光伏实验室的一个团队打破。该研究领域竞争极其激烈，世界各地有许多团体在该领域开展工作。现在，HZB团队再次率先推出了可靠且经过科学严谨的同行评审技术出版物，其中包含来自测量的精确数据集以及有关串联电池结构的详细信息。

Albrecht和他的团队主要依赖于显着改进的钙钛矿化合物，以及使用博士后研究员SilviaMariotti博士和EikeKöhnen博士开发的新型碘化哌嗪分子进行复杂的表面改性。这很大程度上抑制了电荷复合并显着减少了相关损失。

使用特殊的测量技术，研究人员能够详细分析串联电池的界面和各个层的基本过程，然后根据更深入的理解进一步优化它们。然后将这些开发成果结合起来并转移到串联太阳能电池上，并进一步调整顶部电极以改进光学性能。

来自不同研究所的许多专家参与了串联电池的生产和开发。例如，波茨坦大学的一个小组对单电池和串联电池进行了先进的光电测量;用于修饰表面的新型分子是在西班牙圣塞巴斯蒂安的JoxeMariKorta中心合成的;来自立陶宛考纳斯技术大学的团队帮助加工了具有非常高薄膜质量的新型钙钛矿化合物。只有将所有修改结合起来，才有可能实现光电压(开路电压)和光电流的最大值，从而实现效率。

插图显示了串联太阳能电池的示意结构，底部电池由硅制成，顶部电池由钙钛矿制成。顶部电池利用光谱的“蓝色”成分，而底部电池则转换红光和近红外光。不同的薄层可优化光的利用并最大限度地减少损失。图片来源：EikeKöhnen/HZB

近年来发展令人瞩目

过去几年，世界各地的各个研究机构和光伏公司一直在不断提高太阳能电池的效率。特别是过去两年非常令人兴奋：HZB团队在2021年底实现了由硅和钙钛矿制成的串联太阳能电池的创纪录值，接近30%(29.8%)。这是通过引入特殊的周期性纳米结构进入太阳能电池。

2022年夏天，瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)报告了一种经过认证的串联电池，效率为31.3%。从2022年12月到2023年4月中旬，世界纪录又回到了HZB，达到了32.5%，直到沙特阿拉伯KAUST光伏实验室在实验室展示了33.2%的钙钛矿硅串联电池。KAUST甚至于2023年5月将这一比例提高至33.7%。

“我们对科学学科的这些巨大进步感到非常兴奋，”阿尔布雷希特说。“它们给我们带来了希望，这项技术可以在未来几年应对气候变化的过程中为可持续能源供应做出重要贡献，因为钙钛矿/硅串联太阳能电池的升级和工业化生产也是可行的。”

HZB的科学主任BerndRech教授表示：“硅/钙钛矿串联电池的太阳能电池效率现在达到了以前只能通过昂贵的III/V半导体实现的范围。”制造这种串联太阳能电池的技术原则上已经可用，并且成本可能较低;现在的重点是进一步提高户外使用的稳定性。