目前最先進的串聯太陽能電池由矽基和包晶石表層組成，可以將接收到的大約三分之一的太陽光轉化為電能。這些都是創紀錄的數值，尤其是對於一種可能非常廉價的技術而言。柏林亥姆霍茲中心（HZB）的一個團隊目前正在提供科學數據，並在《科學》雜誌上介紹了這一發展是如何實現的。

透輝石/矽串聯太陽能電池的照片。晶片中間的活性區域被銀電極包圍。圖片來源：Johannes Beckedahl/Lea Zimmerman/HZB

“柏林亥姆霍茲中心在矽異質結技術和包晶體太陽能電池方面都積累了豐富的專業知識，而且合作非常密切，因此我們才有可能取得這一成果，”柏林亥姆霍茲中心包晶體串聯太陽能電池研究小組負責人Steve Albrecht 教授說。例如，HySPRINT 創新實驗室的包光體專家和光伏能力中心（PVcomB）的矽專家已經為串聯太陽能電池創造了多項效率世界紀錄。

現在，《科學》雜誌首次詳細介紹了這種串聯太陽能電池，2022 年12 月，它還創造了新的效率世界紀錄，將32.5% 的入射日光轉化為電能，成為當時的頭條新聞。這一世界紀錄一直保持到2023 年4 月中旬被沙特阿拉伯KAUST 研究中心光伏實驗室的一個小組打破。

該研究領域競爭異常激烈，全世界有許多小組都在從事這一領域的研究。現在，HZB 團隊再次率先提交了一份紮實、科學嚴謹的同行評審技術出版物，其中包含精確的測量數據集以及有關串聯電池結構的詳細信息。

圖中所示為串聯太陽能電池的結構示意圖，底部電池由矽製成，頂部電池由包晶石製成。頂部電池利用光譜中的”藍光”成分，而底部電池則轉換紅光和近紅外線。不同的薄層優化了光的利用，並將損耗降至最低。圖片來源：Eike Köhnen/HZB

阿爾布雷希特和他的團隊主要依靠博士後研究員西爾維亞-馬里奧蒂（Silvia Mariotti）博士和艾克-科寧（Eike Köhnen）博士開發的一種經過大幅改良的過氧化物晶化合物和一種新型碘化哌嗪分子進行複雜的表面改性。這在很大程度上抑制了電荷重組，並顯著降低了相關損耗。

利用特殊的測量技術，研究人員能夠詳細分析串聯電池界面和各層的基本過程，並在加深理解的基礎上進一步優化這些過程。隨後，研究人員將研發成果結合起來，應用於串聯太陽能電池，並對頂部電極進行了進一步調整，以改善光學性能。

來自不同機構的許多專家都參與了串聯電池的生產和開發： 例如，波茨坦大學的一個小組對單個和串聯電池進行了先進的光電測量；西班牙聖塞巴斯蒂安的Joxe Mari Korta 中心合成了用於改性表面的新型分子；立陶宛考納斯技術大學的一個小組幫助加工了薄膜質量極高的新型過氧化物化合物。只有將所有改性結合起來，才有可能實現光電壓（開路電壓）和光電流的最大值，從而提高效率。

在過去幾年中，世界各地的研究機構和光伏公司一直在不斷提高太陽能電池的效率。最近兩年的情況尤其令人興奮：2021 年底，德國聯邦科學院的團隊將矽和過氧化物串聯太陽能電池的效率提高到了略低於30%（29.8%）的創紀錄水平。

這是通過在太陽能電池中引入特殊的周期性納米結構實現的。2022 年夏天，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）報告了一種效率為31.3% 的經認證的串聯電池。從2022 年12 月到2023 年4 月中旬，世界紀錄又回到了HZB，達到了32.5%，直到沙特阿拉伯的KAUST 光伏實驗室在實驗室中展示了33.2% 的過氧化物矽串聯電池。2023 年5 月，KAUST 甚至成功地將這一記錄提高到了33.7%。

阿爾布雷希特說：”我們對我們科學學科的這些巨大進步感到非常興奮。它們給我們帶來了希望，讓我們相信這項技術能夠在未來數年內為應對氣候變化的可持續能源供應做出重要貢獻，因為珍珠光澤石/矽串聯太陽能電池的升級和工業化生產也是可行的”。

HZB 的科學主任Bernd Rech 教授說：”矽/透輝石串聯太陽能電池的效率現在已經達到了以前只有昂貴的III/V 半導體才能達到的範圍”。

製造這種串聯太陽能電池的技術原則上已經存在，而且成本可能很低；現在的重點是進一步提高戶外使用的穩定性。