一个国际研究小组开发了一种基于甲基取代咔唑和亚微米级纹理硅底部异质结电池并采用空穴传输层的钙钛矿硅叠层太阳能电池。他们提议的电池配置使用市售的Czochralski硅片，预计效率将超过30%。
太阳能电池示意图。图片：德国亥姆霍兹国家研究中心(HZB)
一个国际研究小组开发了一种钙钛矿硅叠层太阳能电池，它采用异质结(HJT)设计的底部电池和经过改进的空穴传输层(HTL)。
这项研究的主要作者Angelika Harter告诉《光伏》杂志：“我们的方法新颖之处在于推动钙钛矿硅叠层太阳能电池发展的多项创新技术和成果。我们增强了钙钛矿层的润湿性，减少了分流问题(这是基于甲基取代咔唑(Me-4PACz)膦酸层的传统HTL的一个常见问题)。这一创新在保持Me-4PACz的卓越HTL特性的同时，实现了更好的成膜性能。”
研究小组还使用了亚微米级纹理硅底部电池，并声称这克服了传统微米级纹理相关的挑战。Harter表示：“这些纹理能够更好地与溶液法制备的钙钛矿薄膜相集成，由此减少反射损失、增强光输入耦合，同时保持与工业生产方法的兼容性。”
此外，科研人员优化了钙钛矿层的厚度和旋涂参数，称这实现了在亚微米纹理表面的高效成膜，并证明了使用高成本效益、可扩展的溶液法生产高效型叠层电池的可行性。Harter解释说：“这项研究中使用的方法专门是为了与工业制造能力相匹配，例如使用市售的Czochralski硅片。我们由此展示了与溶液法制备的顶部电池的兼容性，同时突出了升级扩展的可能性。”
研究人员在《ACS应用材料与接口》杂志上发表的《基于Czochralski亚微米级纹理化硅底电池且采用经过改进空穴传输层的钙钛矿/硅叠层太阳能电池转换效率超过30%》一文中介绍了这种新型电池设计。他们在文中解释说，他们利用一种通过湿法蚀刻随机金字塔纹理化的HJT底部电池提高了反射率和钝化性能。
对于顶部电池所使用的钙钛矿薄膜，他们将Me-4PACz HTL与较小的PA分子结合置于在钙钛矿层下方。研究小组解释说：“这些额外的PA还可通过键合到相邻膦酸锚定基团上的氢桥形成更多偶极-偶极相互作用力。我们将不同的PA在乙醇(EtOH)中稀释，并与(EtOH中的)Me-4PACz以1:4的比例混合后旋涂在玻璃/ITO样品上。”
研究小组构建了由银(Ag)金属触点、由一氧化硅(SiOx)制成的钝化触点、HJT底部电池、拟议的HTL、钙钛矿吸收层、巴克明斯特富勒烯(C60)和氧化锡(SnO2)复合电子传输层(ETL)、由氧化铟锌(IZO)制成的透明背触点和银金属触点组成的叠层器件。
研究人员称：“在优化了用于亚微米纹理的钙钛矿吸收层制备之后，通过Me-4PACz和PAA的连续应用——即进行旋涂-再次旋涂-退火处理的初步开发，我们成功制备了具有概念验证意义的叠层器件，其双面亚微米级纹理Cz-Si SHJ底部电池的功率转换效率达到了30.22%，从而实现了高达1.954伏的开路电压和30.15%的稳定效率。”
他们补充道：“总而言之，我们证明总短路电流密度可以达到40.35毫安/平方厘米。考虑到我们使用了厚度仅为140微米且据称是薄型Cz材料中最厚的工业化硅底电池，这已经非常了不起了。”
展望未来，研究小组表示，他们将继续探索通过中间插入退火步骤的连续旋涂工艺进一步提高电池的性能。
