HZB的一個(gè)研究小組在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇報(bào)告，介紹了目前由鈣鈦礦和硅制成的串聯(lián)太陽(yáng)能電池效率達(dá)到29.15%的世界紀(jì)錄。即使沒(méi)有封裝，串聯(lián)電池也能在300小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)定的性能。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，史蒂夫·阿爾布雷希特教授領(lǐng)導(dǎo)的小組研究了界面處的物理過(guò)程，以改善載流子的傳輸。

由兩個(gè)帶隙不同的半導(dǎo)體組成的太陽(yáng)能電池串聯(lián)使用時(shí)，與單獨(dú)使用的單個(gè)電池相比，可以獲得相當(dāng)高的效率。這是因?yàn)榇?lián)電池更有效地利用太陽(yáng)光譜。在將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光時(shí)，主要是利用太陽(yáng)光中的某些組分。

在2020年初，由史蒂夫·阿爾布雷希特（SteveAlbrecht）教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)打破了之前由鈣鈦礦和硅制成的串聯(lián)太陽(yáng)能電池（28.0%，牛津光伏）的世界紀(jì)錄，創(chuàng)造了29.15%的新世界紀(jì)錄。與最高認(rèn)證和科學(xué)出版的效率（DOI:101126中的26.2%）相比，這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。新值已在FraunhoferISE認(rèn)證并在NREL圖表中列出。現(xiàn)在，這項(xiàng)研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上，詳細(xì)解釋了制造過(guò)程和基礎(chǔ)物理。

“29.15%的效率不僅是這項(xiàng)技術(shù)的記錄，而且在NREL圖表中處于整個(gè)新興光伏類(lèi)別的最頂端，”Albrecht團(tuán)隊(duì)的博士生、該研究的第一作者EikeK?hnen說(shuō)。此外，新型鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的特點(diǎn)是在連續(xù)暴露于空氣和模擬太陽(yáng)光下300多小時(shí)內(nèi)性能穩(wěn)定，無(wú)需封裝保護(hù)。該團(tuán)隊(duì)利用了一種具有1.68ev禁帶的復(fù)雜鈣鈦礦成分，并專(zhuān)注于優(yōu)化襯底界面。

他們與來(lái)自立陶宛的合作伙伴（VytautasGetautis教授的團(tuán)隊(duì)）開(kāi)發(fā)了一種有機(jī)分子的中間層，這些分子可以自行排列成自組裝單層膜（SAM）。它由一個(gè)新的甲基取代咔唑分子（Me-4PACz）組成。這種SAM被應(yīng)用到電極上，促進(jìn)了電荷載體的流動(dòng)。”我們首先準(zhǔn)備了完美的床，可以說(shuō)，鈣鈦礦就躺在上面，”阿姆蘭·阿舒里說(shuō)，他也是阿爾布雷希特團(tuán)隊(duì)的成員，也是這項(xiàng)研究的第一作者。

研究人員隨后使用了一系列補(bǔ)充研究方法來(lái)分析鈣鈦礦、SAM和電極之間界面的不同過(guò)程：“特別是，我們優(yōu)化了所謂的填充因子，它受從鈣鈦礦頂部電池中流失的電荷載流子數(shù)量的影響，阿舒里解釋道。當(dāng)電子通過(guò)C60層沿陽(yáng)光方向流動(dòng)時(shí)，“空穴”通過(guò)SAM層反向移動(dòng)進(jìn)入電極然而，我們觀察到空穴的提取比電子提取慢得多，這限制了填充因子，”阿爾·阿舒里說(shuō)。然而，新的SAM層大大加速了空穴傳輸，因此同時(shí)有助于改善鈣鈦礦層的穩(wěn)定性。

通過(guò)結(jié)合光致發(fā)光光譜、模型、電特性和太赫茲電導(dǎo)率測(cè)量，可以區(qū)分鈣鈦礦材料界面的各種過(guò)程，并確定顯著損耗的來(lái)源。

許多合作伙伴參與了該項(xiàng)目，包括立陶宛考納斯理工大學(xué)、波茨坦大學(xué)、斯洛文尼亞盧布爾雅那大學(xué)、英國(guó)謝菲爾德大學(xué)以及柏林理工大學(xué)，阿爾布雷希特在那里擔(dān)任初級(jí)教授。