韩国能源研究所(以下简称 KIER)光伏研究部 与 KIER 能源人工智能和计算科学实验室合作，在半透明钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率方面取得了进展。这些电池在建造窗户和串联太阳能电池方面具有潜在用途*。半透明太阳能电池的效率达到破纪录的21.68%，成为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，运行 240 小时后仍能保持 99% 以上的初始效率。

*串联太阳能电池：将两个具有不同能量吸收带(带隙)的太阳能电池垂直堆叠以提高光利用率的太阳能电池。该技术可以超越传统单结太阳能电池的理论效率极限。

到2050年实现碳中和，关键在于下一代太阳能电池技术实现“超高效率”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、多功能的技术，例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且稳定的半透明钙钛矿太阳能电池。

为了制造半透明钙钛矿太阳能电池，需要用允许光透过的透明电极来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，通常沉积金属氧化物层作为空穴传输层和透明电极层之间的缓冲层。然而，与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有所下降，确切原因和解决方案尚未阐明。

*空穴传输层：钙钛矿太阳能电池中的一层，使钙钛矿层中的光生空穴能够传输并传输到外部电路，同时阻止光生电子的传输。

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，为了增加空穴传输层的电导率而添加的锂离子(Li)会扩散到充当缓冲层的金属氧化物层中，最终改变金属氧化物缓冲层的电子结构，从而降低其性能。特征。

此外，除了找出原因之外，研究人员还通过优化空穴传输层的氧化时间来解决问题。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，从而增强设备的稳定性。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至关重要的作用。

所开发的工艺生产出的半透明钙钛矿太阳能电池的效率高达 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，在黑暗储存 400 小时和连续照明操作条件下 240 小时以上，其初始效率仍保持在 99% 以上，展现了其出色的效率和稳定性。

研究团队更进一步，将开发的太阳能电池用作叠层太阳能电池的顶层电池，创造了该国第一个利用从背面反射的光以及从前表面入射的光的双面叠层太阳能电池。 与Jusung Engineering Co., Ltd.和德国Jülich研究中心合作，双面串联太阳能电池在反射光来自的条件下，实现了四端子31.5%和二端子26.4%的双面等效效率*后方是标准阳光的 20%。

*后反射是指表示进入双面太阳能电池背面的光量的因素。20% 的背面反射意味着从背面入射的光量是从正面入射的标准光强度 1 Sun 的 20%(0.2 Sun)。

*四端/双端：与串联太阳能电池结构相关的术语。两端配置是将顶部和底部电池集成到一个单元中，两个端子暴露在外部。四端子配置是顶部和底部电池独立运行，总共四个端子暴露在外。

*双面等效效率是双面太阳能电池性能的指标，以前/后效率或输出之和表示。目前，在相同后反射条件(20%)下，双面钙钛矿/硅太阳能电池的全球最高双面等效效率为四端配置30%和两端配置27%。

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，通过研究有机化合物和金属氧化物缓冲层界面处发生的降解过程，这是半导体独有的。 -透明钙钛矿太阳能电池，”并补充道，“我们的解决方案易于实施，展示了我们开发的技术未来使用的巨大潜力。”

这项研究的结果发表在著名期刊《先进能源材料》(影响因子高达 27.8)的外封面上，并由 KIER 的研究资助得以实现。