研究团队首次展示了一种概念验证串联太阳能电池，该电池使用硒化锑作为底部电池材料，使用宽带隙有机-无机杂化钙钛矿材料作为顶部电池材料。该器件实现了超过 20% 的功率转换效率。这项研究表明，硒化锑在底部电池应用方面具有巨大的潜力。

该研究于2024年3月4日发表在《能源材料与设备》杂志上。

光伏技术利用阳光并将其转化为电能，这种技术之所以受欢迎，是因为它是一种清洁的可再生能源。科学家们一直在努力提高太阳能电池的功率转换效率(或效率衡量标准)。他们已经使传统单结太阳能电池的功率转换效率超过 20%。

要在单结太阳能电池中实现高于 Shockley-Queisser 极限的功率效率，需要付出更大的成本。但是，单结太阳能电池的 Shockley-Queisser 极限可以通过制造串联太阳能电池来克服。使用串联太阳能电池，研究人员能够通过将太阳能电池材料堆叠在一起来获得更高的能源效率。

该研究小组致力于使用一种名为硒化锑的半导体来制造串联太阳能电池。过去对硒化锑的研究主要集中在单结太阳能电池中的应用。但研究小组知道，从带隙角度来看，这种半导体可能被证明是串联太阳能电池的合适底部电池材料。

“硒化锑是一种适合用作叠层太阳能电池的底电池材料，但由于目前报道的叠层太阳能电池以硒化锑为底电池的情况很少，因此人们很少关注它的应用。我们利用硒化锑作为底电池，组装出了一种转换效率高的叠层太阳能电池，以展示这种材料的潜力。”中国科学技术大学材料科学与工程系教授陈涛说。

串联太阳能电池比使用单层半导体材料的单结太阳能电池更能吸收阳光。串联太阳能电池将大部分阳光转化为电能，因此比单结太阳能电池更节能。

该团队制造了钙钛矿/硒化锑串联太阳能电池，该电池具有透明导电电极，可优化光谱响应。他们能够调节顶部电池透明电极层的厚度，以获得大于17%的高效率。他们通过引入双电子传输层对硒化锑底电池进行了优化，实现了7.58%的功率转换效率。

当他们将顶部和底部电池机械组装成四端串联太阳能电池时，功率转换效率超过20.58%，高于独立子电池。他们的串联太阳能电池具有无毒成分元素的优异稳定性。

陈说：“这项工作提供了一种新的串联器件结构，并证明硒化锑是串联太阳能电池底部电池应用的有前途的吸收材料。”

展望未来，该团队希望致力于开发集成度更高的双端串联太阳能电池，进一步提高器件性能。陈教授补充道：“硒化锑的高稳定性为双端串联太阳能电池的制备提供了极大的便利，这意味着它与多种不同类型的顶部电池材料搭配使用时可能会产生良好的效果。”

研究团队成员包括中国科学技术大学的蔡志远、蔡慧玲、顾月浩、唐荣峰、朱长飞、陈涛，以及合肥工业大学的孙佳和罗派峰。