韩国在透明太阳能电池方面研究获进展 效率达21.68%

半透明钙钛矿太阳能电池中金属氧化层降解问题已成功解决，在世界上首次显示出重大进展。

韩国能源研究所光伏研究部与KIER能源人工智能和计算科学实验室合作，在提高半透明钙钛矿太阳能电池的耐用性和性能方面取得了进展。这些电池在建筑窗户和串联太阳能电池的开发中显示出应用前景。

半透明太阳能电池的效率达到了创纪录的21.68%，是世界上使用透明电极的钙钛矿太阳能电池中效率最高的。此外，它们还表现出卓越的耐用性，在运行 240 小时后仍能保持 99% 以上的初始效率。

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追求碳中和和太阳能创新

到2050年实现碳中和，关键在于实现下一代太阳能电池技术的“超高效”和“应用领域多样化”，克服安装空间和国土面积的限制。这需要高效和多功能的技术，如串联太阳能电池和窗户太阳能电池。这两种技术都需要高效稳定的半透明钙钛矿太阳能电池。

对于半透明钙钛矿太阳能电池的制造，有必要用允许光线通过的透明电极代替传统不透明太阳能电池的金属电极。在此过程中，会产生高能粒子，导致空穴传输层性能下降。

为了防止这种情况，通常会在空穴传输层和透明电极层之间沉积金属氧化层作为缓冲剂。然而，与在相同条件下生产的不透明太阳能电池相比，半透明器件的电荷传输性能和稳定性降低，确切的原因和解决方案尚未明确。

在理解和提高太阳能电池稳定性方面取得突破

研究人员利用电光分析和原子级计算科学来确定半透明钙钛矿太阳能电池制造过程中电荷传输特性和稳定性降低的原因。通过这一点，他们发现锂离子（Li）的添加增加了空穴传输层的电导率，扩散到作为缓冲剂的金属氧化物层中，最终改变了金属氧化物缓冲层的电子结构，从而降低了其特性。

此外，除了确定原因外，研究人员还通过优化空穴传输层的氧化时间解决了这个问题。他们发现，通过优化氧化将锂离子转化为稳定的氧化锂（LixOy）可以减轻锂离子的扩散，从而增强器件的稳定性。这一发现表明，以前被认为是简单反应副产物的氧化锂可以在提高效率和稳定性方面发挥关键作用。

开发的工艺产生了半透明钙钛矿太阳能电池，其效率高达21.68%，是所有透明电极钙钛矿太阳能电池中最高的。此外，这项研究还表明，在黑暗存储中 400 小时和在连续照明操作条件下超过 240 小时，其初始效率的 99% 以上保持令人印象深刻，展示了其出色的效率和稳定性。

在双面叠层太阳能电池中的实现

研究团队更进一步，将开发的太阳能电池作为串联太阳能电池的顶级电池，创造了该国第一个双面串联太阳能电池，该太阳能电池利用了从背面反射的光以及从正面入射的光。通过与Jusung Engineering Co.， Ltd.和德国Jülich研究中心的合作，双面串联太阳能电池在后部反射光为标准太阳光20%的条件下，实现了4端子配置的31.5%和26.4%的高双面等效效率。

该研究的负责人、光伏研究部的Ahn SeJin博士表示，“这项研究代表了该领域的重大进展，它检查了半透明钙钛矿太阳能电池特有的有机化合物和金属氧化物缓冲层界面处发生的降解过程，”并补充说，“我们的解决方案很容易实施， 展示了我们开发的技术在未来使用的巨大潜力。

相关链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202302147