左起曾磊伟、王再伟和陈昊展示了三结钙钛矿太阳能电池的样品，这些电池的效率创下了历史新高。
多伦多大学的研究人员通过克服先前设计的一个关键限制，创造了一种具有创纪录效率的三结钙钛矿太阳能电池。该原型代表了硅基太阳能电池低成本替代品开发的重大进步，硅基太阳能电池是当前的行业标准。
“除了降低制造成本外，钙钛矿还使我们能够将多层吸光材料堆叠在一起，甚至可以堆叠在传统的硅电池之上，”最近加入西北大学但坚持认为他在多伦多大学应用科学与工程学院的实验室。“在这项工作中，我们使用理性设计来解决这种多层范式中可能出现的关键挑战，从而提高效率和耐用性。”
太阳能电池通常由单片超纯硅制成，生产过程中需要消耗大量能源。相比之下，钙钛矿太阳能电池是使用类似于印刷行业中使用的低成本溶液处理技术，使用涂在表面上的多晶薄膜制成的。通过改变这些薄膜中钙钛矿晶体的成分，每一层都可以“调整”以吸收不同波长的光，从而有效利用整个太阳光谱。这对硅来说是不可能的，它总是吸收相同的波长。
博士后研究员 Zaiwei Wang 表示：“多层电池通常被设计成使具有宽带隙钙钛矿的顶层吸收最高能的光子，即短波长的高频光，朝向光谱的紫端。”新论文的四位共同主要作者之一。“下一层将吸收中波长，而底层将吸收更长的波长。但正是在顶层，我们面临着光诱导相分离的挑战。”
研究人员使用了一种称为 ABX3 的钙钛矿材料，它由不同物质的混合物制成，包括铯、铅、锡、碘、溴和一些有机小分子。特别是，顶层由混合卤化物钙钛矿组成，其中溴和碘的比例很高。
在这些混合钙钛矿的光诱导相分离中，高频光子的轰击导致富含溴的相与富含碘的相分离。研究人员说，这会导致缺陷增加和整体性能下降。
为了解决这个问题，研究小组使用了详细的计算机模型来模拟改变晶体成分的效果。他们提出了两个变化——去除有机分子以获得全无机钙钛矿结构并引入铷元素。
“我们的铷/铯混合无机钙钛矿显示出比[其他]钙钛矿材料更好的光稳定性，包括铯基无机钙钛矿和广泛使用的具有相似带隙的有机-无机杂化钙钛矿，”另一位博士后研究员 Tong Zhu 说，共同主要作者。
然后，研究人员设计并构建了具有这种成分的三结电池。他们测得其效率为 24.3%，开路电压为 3.21 伏。他们还送去国家可再生能源实验室进行独立认证，测得准稳态效率为23.3%。
此外，他们表示，他们的钙钛矿太阳能电池设计即使在运行 420 小时后仍能保持其初始效率的 80%。尽管在钙钛矿太阳能电池在商业应用中与硅竞争之前还需要进一步提高性能，但最新研究表明了一条前进的道路。
