美國托萊多大學(xué)的一個研究小組設(shè)計了一種四端(4T)疊層太陽能電池，其頂部器件依賴于禁帶寬度可調(diào)的鈣鈦礦吸收層，底部電池使用商業(yè)化的窄帶隙碲化鎘(CdTe)吸收層技術(shù)。

科學(xué)家們表示：“人們已經(jīng)在鈣鈦礦-硅、鈣鈦礦-CIGS和鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層電池方面做了大量工作，而對鈣鈦礦-碲化鎘疊層太陽能電池的探索相對較少。由于CdTe底部電池帶隙更寬，CdTe疊層電池的效率潛力可能低于CIGS疊層電池。但是，CdTe太陽能電池可以成功地實(shí)現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化，因而引起了人們研究其薄膜疊層應(yīng)用的興趣。”

研究人員表示，太陽能電池的一個關(guān)鍵元件是用于禁帶寬度可調(diào)的頂部鈣鈦礦電池的透明背面觸點(diǎn)(TBC)技術(shù)。為了制作這些觸點(diǎn)，他們使用銦鋅氧化物(IZO)代替了廣為接受的銦錫氧化物(ITO)。

他們采用射頻(RF)磁控濺射技術(shù)制備IZO薄膜，這是一種在真空環(huán)境中以RF交替電流電勢的方法。

研究人員還解釋說，他們所做的工作旨在確定理想的IZO厚度，這對提高頂部半透明鈣鈦礦電池的性能和透光率起著至關(guān)重要的作用。這樣可以增加鈣鈦礦帶隙而允許更多的長波長光子透射并進(jìn)入底部CdSeTe電池，并反過來補(bǔ)償4T疊層配置中的典型光學(xué)損耗因子。

頂部電池由玻璃和銦錫氧化物(ITO)制成的基板、由氧化亞鎳(NiOx)制成的空穴傳輸層(HTL)、甲基取代咔唑(Me-4PACz)膦酸層、鈣鈦礦吸收層、依賴于巴克明斯特富勒烯(C60)的電子傳輸層(ETL)、錫氧化物(SnOx)緩沖層和IZO背面觸點(diǎn)構(gòu)成。

底部電池設(shè)計包括由玻璃和ITO制成的基板、由氧化錫(SnO2)制成的ETL、碲化鎘(CdTe)吸收層、碲化硒鎘(CdSeTe)層、硫氰酸亞銅(CuSCN)HTL和金觸點(diǎn)。

同時，頂部和底部電池都覆蓋防反射涂層。

在將頂部電池的吸收層調(diào)諧至1.76eV的能量帶隙時，疊層電池實(shí)現(xiàn)最佳配置，此時其總功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了25.1%。

研究發(fā)現(xiàn)，頂部電池的效率高達(dá)17.93%、開路電壓為1.315伏、短路電流密度為17.11毫安/平方厘米且填充因子為79.7%。底部電池的效率為7.13%，開路電壓為0.842伏、短路電流密度為11.15毫安/平方厘米且填充因子為76.0%。

研究人員表示：“這一結(jié)果證明，4T鈣鈦礦-CdSeTe疊層配置可以用來提高商業(yè)化CdSeTe薄膜太陽能電池的效率。”他們還透露，目前他們正在勾勒將該裝置的效率提高到30%的路線圖。“我們的分析表明，未來隨著兩種太陽能電池技術(shù)的進(jìn)步，開發(fā)高效4T鈣鈦礦–CdSeTe疊層太陽能電池是可行的。”