用于单结和双结钙钛矿太阳能电池的氧化锑缓冲层

捕捉更多阳光的新途径

太阳能电池的性能已接近物理极限，因此即便是微小的额外光能收获也能显著降低清洁电力的成本。本研究展示了一种鲜为人知的材料——氧化锑——如何使最前沿的钙钛矿–硅太阳能电池既更高效，又更便于以实用尺寸制造。

为何现有串联电池会浪费光

一些性能最优的太阳能电池将钙钛矿电池叠加在硅电池上，让每层吸收太阳光谱的不同部分。这些层之间有超薄薄膜用于引导电荷并在加工过程中保护脆弱材料。一种常用的缓冲材料是以原子级沉积的氧化锡，它能很好完成这项工作，但会与钙钛矿层发生化学反应。为保护钙钛矿，工程师被迫在其上方添加更厚的碳基材料富勒烯。这额外的厚度会吸收有用的蓝紫光，阻止其到达活性层，从而悄然减少了器件的电流和效率。

更温和的保护层，允许更多光通过

研究人员用热蒸发法沉积的一层氧化锑薄膜替代了易反应的氧化锡层。这一工艺将粉末材料温和地转为蒸汽并冷凝为平滑涂层，避免了损害钙钛矿的强烈化学过程。由于氧化锑对下层更为温和，位于钙钛矿上的富勒烯膜厚度可以从15纳米减薄到仅5纳米而不牺牲稳定性。更薄的富勒烯意味着在300到560纳米波长范围内寄生吸收减少，使更多短波长光能被上层钙钛矿电池转换为电能。

电荷的隐蔽通道

通过电子显微镜和专用电学探针的仔细观察，团队发现氧化锑薄膜并非均匀的玻璃状结构。相反，它由无定形区域与微小有序晶体共存。这些纳米晶体排列形成了纵向的电子通道，而周围的无定形材料保持较高的绝缘性。额外测量表明，与锑原子相关的缺陷产生了有助于电子跨越层间能垒的能态。这些特性共同作用，使电荷能够沿需要的方向迅速通过缓冲层，同时仍阻止横向的非期望泄漏。

从实验室电池到更大面积组件

为证明氧化锑的实用性，研究人员在单结钙钛矿电池和完整的钙钛矿–硅串联电池中进行了测试。不同带隙的单结电池效率均超过22%，最高达到23.18%，与采用类似方法制备的最先进氧化锡器件匹配。在面积为1平方厘米的串联电池中，新缓冲层将光电转换效率提高到30.28%，主要来自上层钙钛矿电池电流约提升了1毫安每平方厘米。关键是该方法具有良好可扩展性：一块开口面积为64.64平方厘米的完整封装模块达到了28.16%的效率，独立认证值为27.70%，并在长时间光照和高温测试中表现出较小的退化。

这对未来太阳能电池意味着什么

对非专业读者而言，主要结论是：在太阳能电池几乎看不见的一层上做出细微改变，就能在收集阳光的量上带来显著提升，同时不会让制造变得更复杂或更脆弱。氧化锑提供了一种温和保护钙钛矿层的方式，既能让更多光进入，又能高效传导电荷，适用于小型测试电池和更大模块。这种更高效率、良好稳定性和更低加工成本的组合，指向了有望超过35%效率并具备广泛商业吸引力的串联太阳能组件的前景。

引用: Shi, B., Sunli, Z., Liu, P. et al. Antimony oxide buffer layer for single- and double-junction perovskite-based solar cells. Nat Commun 17, 4394 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70848-8

关键词: 钙钛矿太阳能电池, 串联太阳能电池, 氧化锑, 缓冲层, 太阳能效率