NUS又一新的科研成果，彰顯名校風範。今天就和小助手一起去看看這項新的研究成果吧！
NUS的科學家開發出一種新型三結鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池，在 1 平方厘米的太陽能吸收面積上可實現 27.1% 的電力轉換效率，創下世界紀錄。
是迄今為止性能最好的三結鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池。為了實現這一目標，該團隊設計了一種穩定且節能的新型氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池。
太陽能電池可以製造成兩層以上並組裝成多結太陽能電池以提高效率。每層由不同的光伏材料製成，吸收不同範圍內的太陽能。然而，當前的多結太陽能電池技術存在許多問題，例如能量損失導致電壓低以及設備在運行過程中不穩定。
為了克服這些挑戰，侯毅助理教授帶領新NUS設計與工程學院（CDE）和新加坡太陽能研究所（SERIS）的科學家團隊首次展示了氰酸鹽成功整合到鈣鈦礦中太陽能電池開發出尖端的三結鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池，其性能超越了其他類似的多結太陽能電池。侯助理教授是CDE化學與生物分子工程系的校長年輕教授，也是NUS大學級研究機構 SERIS 的組長。
「值得注意的是，經過 15 年在鈣鈦礦太陽能電池領域的持續研究，這項工作構成了第一個實驗證據，證明將氰酸鹽納入鈣鈦礦中可以提高其結構的穩定性並提高能量轉換效率，」侯助理教授說。
導致這一突破性發現的實驗過程於 2024 年 3 月 4 日發表在《Nature》雜誌上。
侯毅助理教授（左）和劉順昌博士（右）
鈣鈦礦結構各成分之間的相互作用決定了它可以達到的能量範圍。調整這些成分的比例或尋找直接替代品可以幫助改變鈣鈦礦的能量範圍。然而，先前的研究尚未產生具有超寬能量範圍和高效率的鈣鈦礦配方。
在最近發表的這項工作中，NUS團隊對氰酸鹽（一種新型擬鹵化物）進行了實驗，以替代溴化物（一種來自鹵化物基團的離子，常用於鈣鈦礦）。
侯助理教授團隊的研究員劉順昌博士採用各種分析方法證實氰酸鹽成功整合到鈣鈦礦結構中，並製備了氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池。
對新鈣鈦礦原子結構的進一步分析首次提供了實驗證據，表明摻入氰酸鹽有助於穩定其結構並在鈣鈦礦內形成關鍵相互作用，證明它如何成為基於鈣鈦礦的太陽能電池中鹵化物的可行替代品。
在評估性能時，NUS科學家發現，與傳統鈣鈦礦太陽能電池的 1.357 伏特相比，摻有氰酸鹽的鈣鈦礦太陽能電池可以達到 1.422 伏特的更高電壓，並且能量損失顯著減少。
研究人員還測試了新設計的鈣鈦礦太陽能電池，在受控條件下以最大功率連續運行 300 小時。測試期結束後，太陽能電池保持穩定，其容量達到 96% 以上。
受到氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池令人印象深刻的性能的鼓舞，NUS團隊將他們的突破性發現推向了下一步，用它組裝了三結鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池。研究人員將鈣鈦礦太陽能電池和矽太陽能電池堆疊在一起，形成雙結半電池，為氰酸鹽集成鈣鈦礦太陽能電池的附著提供了理想的基礎。
組裝完成後，研究人員證明，儘管三結鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池結構非常複雜，但它仍然保持穩定，並獲得了經認可的獨立光伏校準實驗室認證的 27.1% 的世界紀錄效率。
「總的來說，這些進步為減少鈣鈦礦太陽能電池的能量損失提供了突破性的見解，並為基於鈣鈦礦的三結太陽能技術的進一步發展制定了新的路線，」侯助理教授說。
以下是研究的詳細數據，大家一起來看看~
氰酸鹽取代的鈣鈦礦薄膜的特性分析
鈣鈦礦薄膜的TEM表征
單結器件的開路電壓（VOC）損失分析和器件性能
雙結太陽能電池和三結太陽能電池的器件特性
三結鈣鈦礦/矽串聯太陽能電池的理論效率超過 50%，具有進一步提高的巨大潛力，特別是在安裝空間有限的應用中。
展望未來，NUS團隊的目標是在不影響效率和穩定性的情況下將該技術升級到更大的模塊。未來的研究將集中在鈣鈦礦介面和成分的創新上——這些是團隊確定的進一步推進這項技術的關鍵領域。
三結太陽能電池
參考文獻：
Triple-junction solar cells with cyanate in ultrawide bandgap perovskites，Nature (2024)
本文圖片均來自NUS news，數據來源於Nature
