雙面(bifacial)光伏電池是一種正面和反面都可以接受光照而產(chǎn)生電流、電壓的器件。在同等面積下，雙面電池單位面積發(fā)電量比單面電池有了極大的提升，平均高出10%-35%左右，已經(jīng)成為一種降本增效的新興高效光伏發(fā)電技術(shù)。近年來，憑借吸光系數(shù)高、載流子壽命長、電荷遷移率高等優(yōu)異性能，基于有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體吸光材料的鈣鈦礦太陽能電池一直廣受關(guān)注。

突破鈣鈦礦太陽能電池的頂電極材料是最為關(guān)鍵的，這是因為頂電極材料同時要求具有良好的透光性與導(dǎo)電性。郝躍院士指出“金屬薄膜電極因具有電導(dǎo)率高、工藝成熟、機(jī)械柔性好、適合大面積制備的特點，是極具潛力的透明電極材料。然而，金屬薄膜在可見光和近紅外區(qū)域的相對較差的透光率限制了其直接應(yīng)用。”為此，團(tuán)隊在鈣鈦礦電池中引入了一種新型的TeO2/Ag光場調(diào)節(jié)電極結(jié)構(gòu)，通過在超薄Ag(11 nm)頂電極上增加了一層TeO2(40 nm)光學(xué)耦合層，顯著改善了電極的透光性，大幅提升了光電流密度；同時使用PEAI界面修飾，實現(xiàn)了開路電壓和填充因子的有效提升，使大面積鈣鈦礦太陽能電池也表現(xiàn)出了優(yōu)異的光電性能和穩(wěn)定的工藝重復(fù)性。 (a)雙面鈣鈦礦太陽能電池JV特性；(b)不同透明電極的透光率比較；(c)雙面鈣鈦礦太陽能電池效率統(tǒng)計，插圖為TeO2/Ag電極實物照片；(d)理論計算的雙面鈣鈦礦太陽能電池JV特性；(e)、(f)分別為不同照射方向下的穩(wěn)態(tài)輸出特性。

(a)雙面鈣鈦礦太陽能電池JV特性；(b)不同透明電極的透光率比較；(c)雙面鈣鈦礦太陽能電池效率統(tǒng)計，插圖為TeO2/Ag電極實物照片；(d)理論計算的雙面鈣鈦礦太陽能電池JV特性；(e)、(f)分別為不同照射方向下的穩(wěn)態(tài)輸出特性。

這項研究工作實現(xiàn)了效率超過20%的雙面鈣鈦礦太陽能電池，是對雙面光伏發(fā)電技術(shù)的成功探索，也為高效鈣鈦礦太陽能電池的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。另外，團(tuán)隊在近一年內(nèi)先后在Advanced Energy Materials（IF：21.49），Nano Energy （IF：15.46）, Journal of Materials Chemistry A（IF：10.66），ACS Applied Materials & Interfaces（IF：8.69），Solar RRL等重要期刊上發(fā)表了多篇論文。微電子學(xué)院張春福教授評述說：“進(jìn)一步理論計算表明，采用TeO2/Ag透明頂電極的鈣鈦礦太陽能電池在AM1.5G下可以分別獲得22.65%和22.53%的雙面轉(zhuǎn)換效率，雙面因子達(dá)到99%，這充分展示了雙面鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展?jié)摿?，也為下一步研究指明了方向?rdquo;