Solar RRL:两端钙钛矿/晶体硅叠层器件中底部硅电池的渐进优化

相对于单节太阳能电池的理论光电的转换效率受限于33%,双节叠层太阳能电池可以使理论转换效率超越40%。在大量研究者的快速推进下,钙钛矿太阳能电池在不到十年的时间内已经实现了超过23%的效率。高效且廉价的钙钛矿顶部电池使得开发超过30%转换效率且低均化成本的叠层太阳能电池成为可能。近日,OxfordPV报道了27.3%的两端钙钛矿/ 晶体硅叠层器件,正式击败了单结晶体硅器件的世界纪录(26.7%)。在这种电池结构中,高带隙钙钛矿顶部电池吸收大部分紫外和可见光子,而红外光子透过钙钛矿层并被底部晶体硅衬底吸收。

到目前为止,大多数两端钙钛矿/晶体硅叠层电池的研究大多集中在对于钙钛矿顶部电池或隧道结的发展,并着力于改善底部晶体硅电池的光学性质。然而,由于透射到晶体硅底部电池的光谱以及硅内载流子生成浓度的不同,以及在叠层电池中满足电气和光学耦合所需的设计要求。在两个子电池中,需要重新考虑底部晶体硅电池的设计。借助SunSolve和Quokka3 提供的数值光电仿真,可以彻底研究和优化不同电池架构的能量输出。

在本文中,澳大利亚国立大学工程学院的Klaus J. Weber课题组对底部电池进行了详细的分析。他们首先考虑光学设计和硅片的优化。然后,他们阐述了几种不同的单元体系结构来理解与这些结构相关的优缺点,提出两种新的电池架构(局部发射极背局部接触,和反转氧化层钝化结构),旨在利用叠层电池上的特定设计约束和工作条件,并显示出比基于异质结的设计更好的热稳定性。通过优化的设计参数,对于异质结和基于同质结的器件,均可实现超过11%的底层电池效率。研究者相信,结合高效钙钛矿顶部电池,这些电池可实现30%光电转换效率。此项研究相关论文在线发表在Solar RRL (DOI: 10.1002/solr.201800193)上。 

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