北京
主要内容
钙钛矿太阳能电池（PSCs）凭借其卓越的光电转换效率与低成本制备工艺，在光伏领域迅速崛起，成为推动可再生能源技术革新的关键力量。钙钛矿材料独特的晶体结构赋予其优异的光吸收能力及高效的电荷传输特性，目前其认证的光电转换效率（PCE）已突破26%，展现出巨大的应用潜力。然而，随着市场对高效、稳定太阳能电池需求的不断攀升，传统单面钙钛矿太阳能电池（monofacialPSCs）在光吸收与利用效率方面的局限性逐渐凸显，制约了其进一步发展。
为突破这一技术瓶颈，苏州大学物理科学与技术学院的李亮教授与孙浩轩教授率领其科研团队，将研究重心转向双面钙钛矿太阳能电池（Bi-PSCs）的创新研发。双面钙钛矿太阳能电池的设计灵感源自双面硅基光伏组件的成功经验，预计到2030年，双面硅基光伏组件的市场份额将超过70%，展现出广阔的市场前景。这种新型电池结构能够高效捕捉来自正面和背面的光线，显著提升光子收集效率，并具备与叠层太阳能电池及光子工程模块灵活集成的优势。
尽管双面钙钛矿太阳能电池潜力无限，但其性能目前尚未达到单面钙钛矿太阳能电池的水平，特别是在短路电流密度（Jsc）方面存在显著差距。目前，双面钙钛矿太阳能电池正面光电转换效率的最高纪录为23.3%，尽管其开路电压（Voc）和填充因子（FF）已分别达到单面钙钛矿太阳能电池的96.3%和97.0%，但短路电流密度仍仅为单面电池的93.0%（数据来源：BestResearch-CellEfficiencies，https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html2025年）。因此，提升短路电流密度成为推动双面钙钛矿太阳能电池技术发展的关键。
针对这一挑战，李亮教授与孙浩轩教授团队提出了一种创新策略，通过优化厚膜质量并减少光子损失，来提升双面钙钛矿太阳能电池的性能。团队选用乙基三氢氯化胍（EGTHCl）作为生长调节剂，利用其极性键与钙钛矿形成氢键，从而精确调控钙钛矿的成核密度与位置，有效减轻厚膜沉积过程中高浓度前驱体带来的不利影响。此外，薄膜中残留的EGTHCl分子还能钝化钙钛矿中未配位的Pb²⁺和甲脒（FA）空位，显著提升电池的光电转换性能。
经过优化，双面钙钛矿太阳能电池实现了23.4%的光电转换效率（PCE）和创纪录的正面短路电流密度（Jsc）25.01mAcm⁻²，展现了其卓越的性能提升。同时，未封装的器件在最大功率点（MPP）跟踪测试中，经过2000小时的持续运行，仍能保持其初始光电转换效率的80%以上，显示出出色的长期稳定性。在反射率为0.2的条件下，该器件的输出功率密度更是超过了26mWcm⁻²，为双面钙钛矿太阳能电池的商业化应用奠定了坚实基础。
文献信息
Controlling high-concentration precursor crystallization to minimize photon loss in bifacial perovskite solar cells
Shan Gan , Haoxuan Sun , Min Wang , Da Dou , Siyang Zhang , Chen Li , Liang Li
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095927325005651
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