Nature再+1！光电转换效率32.22%中国科学家造出最顶三结太阳电池
太阳能汽车，真有戏了？
就在昨天，东南大学化学化工学院姚惠峰教授团队与天合光能、复旦大学等单位合作，在钙钛矿/钙钛矿/晶体硅三结太阳电池研究方面拿下重要进展。
搞定了材料缺陷，基于光学管理优化的方法，最终实现了32.22%的认证稳态光电转换效率。
这是什么概念？
大家常听见的太阳能汽车上最先进的车规级光伏组件，光电转换率也仅在23%左右，此前央视报道过， 刷新世界纪录的中国科学院化学所研发的钙钛矿-有机叠层太阳能电池，光电转换效率也只是28.04%。
不到两个月的时间，这一极限又被提高了4个点。
这项最新成果也以“三结太阳电池的缺陷钝化与光学管理（Defect passivation and optical management of triple-junction solar cells）”为题，发表在国际顶级学术期刊《Nature》上。
01 刷新三结太阳能电池世界纪录
在聊起这项技术之前，有必要先知道的是，什么叫做三结太阳电池。我们可以简单理解为钙钛矿/钙钛矿/晶体硅三种材料叠加结合组成的太阳能电池。
如果将近几年光伏前沿技术的主线浓缩成一句话，应该就是单结硅已经逼近天花板，下一轮效率跃迁，必须依靠叠层。
通俗来讲，传统的单晶硅太阳能电池只能靠一种材料吸收太阳光，有些波段的光子能量太高浪费了，有些又太低吸收不了，像一张网眼固定的渔网，总有一部分光收不进来。效率天花板卡在30%左右，几乎摸到头了。
叠层路线的原理很简单，当能利用的光多了，转换效率的上限自然就高了。
其本质是通过堆叠三种不同带隙的钙钛矿吸光层，构建三结叠层结构对太阳光谱进行“分级利用”，比如顶电池先吸收高能蓝光，中间电池吸收中绿光，底电池吸收低能红光，相当于把3个电池叠在一起，不同材料分别吸收太阳光里面不同波段，以此挖掘更高发电上限。
在叠层路线里，双结钙钛矿/硅已经很强，但三结——尤其是“钙钛矿/钙钛矿/硅”单片集成三结，更是一直被视为更高上限、也更高难度的终极挑战之一。
虽然上限更高，但其也一直存在着致命的硬伤，比如，顶电池（宽带隙钙钛矿）电压上不去，中电池（中带隙钙钛矿）电流不够大。
特别是宽带隙钙钛矿顶电池是获得高输出电压的关键，但其就像一块多孔的“筛子”，表面缺陷多、通常带有更高的电子非辐射复合损失，而且在持续光照下薄膜内部卤素离子极易发生迁移扩散，诱发卤化物分相，自发形成富碘、富溴分立畴区，让性能像磨损的轮胎一样慢慢衰退。
这些问题，长期制约着三结电池的效率与寿命。
因此，东南大学和天合光能团队直接从分子结构探索，设计了一种新型界面钝化分子材料——4F-POEABr，它能够强效抑制宽禁带钙钛矿薄膜中由表面缺陷介导的复合。
翻译成大白话来讲，它就像把两部分“功能积木”拼接在一起：一边是具有强吸电子能力的全氟芳香骨架，另一边是能与钙钛矿表面缺陷结合的铵盐基团。前者通过电场效应稳定表面，后者通过化学键合修补缺陷，
两者协同作用，就像给钙钛矿表面刷了一层既能“堵洞”又能“加固”的保护膜。实验结果表明，4F-POEABr能够有效降低宽带隙钙钛矿的表面缺陷和非辐射复合，提高薄膜均匀性，同时显著抑制光照条件下的卤素迁移和分离。