NUS又一新的科研成果，彰显名校风范。今天就和小助手一起去看看这项新的研究成果吧！
NUS的科学家开发出一种新型三结钙钛矿/硅串联太阳能电池，在 1 平方厘米的太阳能吸收面积上可实现 27.1% 的电力转换效率，创下世界纪录。
是迄今为止性能最好的三结钙钛矿/硅串联太阳能电池。为了实现这一目标，该团队设计了一种稳定且节能的新型氰酸盐集成钙钛矿太阳能电池。
太阳能电池可以制造成两层以上并组装成多结太阳能电池以提高效率。每层由不同的光伏材料制成，吸收不同范围内的太阳能。然而，当前的多结太阳能电池技术存在许多问题，例如能量损失导致电压低以及设备在运行过程中不稳定。
为了克服这些挑战，侯毅助理教授带领新NUS设计与工程学院（CDE）和新加坡太阳能研究所（SERIS）的科学家团队首次展示了氰酸盐成功整合到钙钛矿中太阳能电池开发出尖端的三结钙钛矿/硅串联太阳能电池，其性能超越了其他类似的多结太阳能电池。侯助理教授是CDE化学与生物分子工程系的校长年轻教授，也是NUS大学级研究机构 SERIS 的组长。
“值得注意的是，经过 15 年在钙钛矿太阳能电池领域的持续研究，这项工作构成了第一个实验证据，证明将氰酸盐纳入钙钛矿中可以提高其结构的稳定性并提高能量转换效率，”侯助理教授说。
导致这一突破性发现的实验过程于 2024 年 3 月 4 日发表在《Nature》杂志上。
侯毅助理教授（左）和刘顺昌博士（右）
钙钛矿结构各成分之间的相互作用决定了它可以达到的能量范围。调整这些成分的比例或寻找直接替代品可以帮助改变钙钛矿的能量范围。然而，先前的研究尚未产生具有超宽能量范围和高效率的钙钛矿配方。
在最近发表的这项工作中，NUS团队对氰酸盐（一种新型拟卤化物）进行了实验，以替代溴化物（一种来自卤化物基团的离子，常用于钙钛矿）。
侯助理教授团队的研究员刘顺昌博士采用各种分析方法证实氰酸盐成功整合到钙钛矿结构中，并制备了氰酸盐集成钙钛矿太阳能电池。
对新钙钛矿原子结构的进一步分析首次提供了实验证据，表明掺入氰酸盐有助于稳定其结构并在钙钛矿内形成关键相互作用，证明它如何成为基于钙钛矿的太阳能电池中卤化物的可行替代品。
在评估性能时，NUS科学家发现，与传统钙钛矿太阳能电池的 1.357 伏特相比，掺有氰酸盐的钙钛矿太阳能电池可以达到 1.422 伏特的更高电压，并且能量损失显著减少。
研究人员还测试了新设计的钙钛矿太阳能电池，在受控条件下以最大功率连续运行 300 小时。测试期结束后，太阳能电池保持稳定，其容量达到 96% 以上。
受到氰酸盐集成钙钛矿太阳能电池令人印象深刻的性能的鼓舞，NUS团队将他们的突破性发现推向了下一步，用它组装了三结钙钛矿/硅串联太阳能电池。研究人员将钙钛矿太阳能电池和硅太阳能电池堆叠在一起，形成双结半电池，为氰酸盐集成钙钛矿太阳能电池的附着提供了理想的基础。
组装完成后，研究人员证明，尽管三结钙钛矿/硅串联太阳能电池结构非常复杂，但它仍然保持稳定，并获得了经认可的独立光伏校准实验室认证的 27.1% 的世界纪录效率。
“总的来说，这些进步为减少钙钛矿太阳能电池的能量损失提供了突破性的见解，并为基于钙钛矿的三结太阳能技术的进一步发展制定了新的路线，”侯助理教授说。
以下是研究的详细数据，大家一起来看看~
氰酸盐取代的钙钛矿薄膜的特性分析
钙钛矿薄膜的TEM表征
单结器件的开路电压（VOC）损失分析和器件性能
双结太阳能电池和三结太阳能电池的器件特性
三结钙钛矿/硅串联太阳能电池的理论效率超过 50%，具有进一步提高的巨大潜力，特别是在安装空间有限的应用中。
展望未来，NUS团队的目标是在不影响效率和稳定性的情况下将该技术升级到更大的模块。未来的研究将集中在钙钛矿界面和成分的创新上——这些是团队确定的进一步推进这项技术的关键领域。
三结太阳能电池
参考文献：
Triple-junction solar cells with cyanate in ultrawide bandgap perovskites，Nature (2024)
本文图片均来自NUS news，数据来源于Nature
