一种钙钛矿三结太阳能电池与氧化石墨烯（GO）和自组装单分子层（SAM）双层相结合。

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德国亥姆霍兹柏林中心（HZB）的研究人员利用钙钛矿制造出了一种高度复杂的“三结”太阳能电池。

这种新型钙钛矿三结太阳能电池实现了27.3%的效率。此外，它展现出卓越的稳定性，在770小时连续运行中性能无任何衰减。

像堆叠美食汉堡一样层叠结构，正是打破效率和稳定性纪录的秘诀。

“你可以把它想象成一个巨无霸汉堡，三片面包之间夹着肉、生菜或奶酪等不同馅料。这里的‘馅料’就是中间那片面包和底层面包之间的夹层。”HZB钙钛矿串联太阳能电池部门负责人史蒂夫·阿尔布雷希特教授解释道。

分子自组装遇见石墨烯

硅太阳能电池板主导市场数十年，但正迅速逼近其绝对的物理效率极限。

因此，钙钛矿在太阳能研究领域极为重要，因为它廉价且异常轻便，甚至可以安装在塑料或织物等柔性基板上。

通过堆叠三种不同的钙钛矿吸收层，每层都经过调谐以捕获太阳光谱中不同的带隙，这些电池能比硅电池板收集多得多的阳光。

然而，钙钛矿往往会因一个薄弱环节而降解：在子电池之间传输电荷的聚合物层（PEDOT:PSS）。这种聚合物吸光效率低，且在连续使用下会迅速分解。受此缺点启发，HZB团队尝试用一种高度稳定、低损耗的化学组合来替代该层。

为最大限度地提高效率，他们通过堆叠三种带隙不同的钙钛矿吸收层，制成了一种复杂的三结太阳能电池。

团队求助于自组装单分子层（SAM）。这些是由大有机分子自发排列成整齐单分子薄片而形成的超薄层。

起初，SAM层效果不佳，无法独自高效传输电荷。

“因此，我们尝试在SAM层下方添加额外层，作为一种基底。”共同第一作者、博士后尹英勋表示。

他们将一层微薄的氧化石墨烯直接置于SAM层下方。这彻底改变了界面，创造出了完美的形态与电子匹配。电荷传输变得顺畅，光学损耗大幅下降。

“最高值之一”

这种新型三结太阳能电池实现了27.3%的能量转换效率，跻身该特定技术有史以来最高值之列。

更妙的是，它经久耐用。老旧的钙钛矿结构在持续光照下会衰减，而配备GO/SAM的电池在770小时连续运行后仍能存活，并保持超过90%的初始性能。这在脆弱的下一代光伏领域是一个里程碑式的稳定性纪录。

通常，锡铅基钙钛矿在暴露于氧气和湿气时极易快速氧化和降解。新的GO/SAM双层形成了一种气密化学屏障，将脆弱的锡层密封并保护起来，使其免受环境破坏。

特别是，这种分子屏障正是该太阳能电池在不牺牲性能优势的情况下创下770小时稳定性纪录的关键原因。

前景更加光明。据阿尔布雷希特教授称，这还只是起点。通过对各层钙钛矿薄膜进行细微优化，这种轻质结构的效率可轻松突破30%。

该成果已于7月9日发表在《焦耳》期刊上。

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