韓國能源研究所(以下簡稱 KIER)光伏研究部 與 KIER 能源人工智能和計算科學實驗室合作，在半透明鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和效率方面取得了進展。這些電池在建造窗戶和串聯太陽能電池方面具有潛在用途*。半透明太陽能電池的效率達到破紀錄的21.68%，成為世界上使用透明電極的鈣鈦礦太陽能電池中效率最高的。此外，它們還表現出卓越的耐用性，運行 240 小時后仍能保持 99% 以上的初始效率。

*串聯太陽能電池：將兩個具有不同能量吸收帶(帶隙)的太陽能電池垂直堆疊以提高光利用率的太陽能電池。該技術可以超越傳統單結太陽能電池的理論效率極限。

到2050年實現碳中和，關鍵在于下一代太陽能電池技術實現“超高效率”和“應用領域多樣化”，克服安裝空間和國土面積的限制。這需要高效、多功能的技術，例如串聯太陽能電池和窗戶太陽能電池。這兩種技術都需要高效且穩定的半透明鈣鈦礦太陽能電池。

為了制造半透明鈣鈦礦太陽能電池，需要用允許光透過的透明電極來代替傳統不透明太陽能電池的金屬電極。在此過程中，會產生高能粒子，導致空穴傳輸層*性能下降。為了防止這種情況，通常沉積金屬氧化物層作為空穴傳輸層和透明電極層之間的緩沖層。然而，與相同條件下生產的不透明太陽能電池相比，半透明器件的電荷傳輸性能和穩定性有所下降，確切原因和解決方案尚未闡明。

*空穴傳輸層：鈣鈦礦太陽能電池中的一層，使鈣鈦礦層中的光生空穴能夠傳輸并傳輸到外部電路，同時阻止光生電子的傳輸。

研究人員利用電光分析和原子級計算科學來確定半透明鈣鈦礦太陽能電池制造過程中電荷傳輸特性和穩定性降低的原因。通過這一點，他們發現，為了增加空穴傳輸層的電導率而添加的鋰離子(Li)會擴散到充當緩沖層的金屬氧化物層中，最終改變金屬氧化物緩沖層的電子結構，從而降低其性能。特征。

此外，除了找出原因之外，研究人員還通過優化空穴傳輸層的氧化時間來解決問題。他們發現，通過優化氧化將鋰離子轉化為穩定的氧化鋰(LixOy)可以減輕鋰離子的擴散，從而增強設備的穩定性。這一發現表明，以前被認為是簡單反應副產物的氧化鋰可以在提高效率和穩定性方面發揮至關重要的作用。

所開發的工藝生產出的半透明鈣鈦礦太陽能電池的效率高達 21.68%，是所有透明電極鈣鈦礦太陽能電池中最高的。此外，這項研究還表明，在黑暗儲存 400 小時和連續照明操作條件下 240 小時以上，其初始效率仍保持在 99% 以上，展現了其出色的效率和穩定性。

研究團隊更進一步，將開發的太陽能電池用作疊層太陽能電池的頂層電池，創造了該國第一個利用從背面反射的光以及從前表面入射的光的雙面疊層太陽能電池。 與Jusung Engineering Co., Ltd.和德國Jülich研究中心合作，雙面串聯太陽能電池在反射光來自的條件下，實現了四端子31.5%和二端子26.4%的雙面等效效率*后方是標準陽光的 20%。

*后反射是指表示進入雙面太陽能電池背面的光量的因素。20% 的背面反射意味著從背面入射的光量是從正面入射的標準光強度 1 Sun 的 20%(0.2 Sun)。

*四端/雙端：與串聯太陽能電池結構相關的術語。兩端配置是將頂部和底部電池集成到一個單元中，兩個端子暴露在外部。四端子配置是頂部和底部電池獨立運行，總共四個端子暴露在外。

*雙面等效效率是雙面太陽能電池性能的指標，以前/后效率或輸出之和表示。目前，在相同后反射條件(20%)下，雙面鈣鈦礦/硅太陽能電池的全球最高雙面等效效率為四端配置30%和兩端配置27%。

該研究的負責人、光伏研究部的 Ahn SeJin 博士表示：“這項研究代表了該領域的重大進展，通過研究有機化合物和金屬氧化物緩沖層界面處發生的降解過程，這是半導體獨有的。 -透明鈣鈦礦太陽能電池，”并補充道，“我們的解決方案易于實施，展示了我們開發的技術未來使用的巨大潛力。”

這項研究的結果發表在著名期刊《先進能源材料》(影響因子高達 27.8)的外封面上，并由 KIER 的研究資助得以實現。