摘要：德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心的研究小组开发了一种由硅底部电池和钙钛矿顶部电池组合而成的串联太阳能电池，并在模拟计算的基础上系统地研究了两者界面处的纳米结构和硅背面的反射膜的效果，最终，成功实现了29.8%的光转换效率。

关键字：砷化镓半导体、硅、串联太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、钙钛矿-硅、透射型氧化亚铜

德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心（HZB）的一个研究小组在2022年10月24日出版的《Nature Nanotechnology》杂志上发表了钙钛矿-硅的高效串联太阳能电池的详细技术细节。该电池由钙钛矿顶部电池与硅底部电池串联而成，在界面处引入了纳米纹理，同时在硅背面引入了带有介电缓冲层的反射结构。通过这些创新，研究小组实现了29.8%的转换效率，得到了国内外有关机构的认可。

ドイツのヘルムホルツ協会ベルリン（HZB）の研究チームが、ペロブスカイト－シリコンの高効率タンデム太陽電池の詳細技術を、2022年10月24日の『Nature Nanotechnology』誌に公開した。シリコンの下部セルの上に、ペロブスカイトの上部セルをタンデムで組み合わせたもので、界面にナノテクスチャを導入すると同時に、シリコン後面に誘電体バッファ層による反射構造を取り入れた。こうした工夫によって29.8％の変換効率を達成したことが、内外の関係機関によって公式に確認されている。

作为可再生能源，以硅为核心的太阳能电池的技术开发竞争越来越激烈。其中，日本桐荫横滨大学的宫坂力教授于2009年发表的钙钛矿太阳能电池，保持了与硅太阳能电池相当的转换效率，同时可以采用诸如旋涂等简单的制造方法，并且可以降低制造成本和材料成本。此外，作为一种设备，由于它还具有薄、轻、柔软等诸多优点，因此受到了世界范围内的关注，并得到了积极的研究和开发。

再生可能エネルギーとして、シリコンを中心とした太陽電池は、ますます技術開発競争が激化している。その中で、2009年に桐蔭横浜大学の宮坂力教授が発表したペロブスカイト太陽電池は、シリコン太陽電池と同等の変換効率を維持しつつ、スピンコートなどによる簡便な製造方法を適用でき、製造コストおよび材料コストを低く抑えることができる。加えてデバイスとして薄く軽量でフレキシブルであるなど多くの特長を有していることから、世界的に注目され研究開発が活発化している。

另一方面，人们正在研究一种串联太阳能电池，它将吸收短波长光而发电的砷化镓半导体等电池和吸收长波长光而发电的硅上下组合，能够有效地转换更宽波长范围内的光能。到目前为止，东芝发布了一种上部电池采用透射型氧化亚铜的串联太阳能电池。

一方、短波長光を吸収して発電するガリウム砒素半導体などのセルと、長波長光を吸収して発電するシリコンを上下に組み合わせて、幅広い波長領域の光エネルギーを効率的に変換できる、タンデム型太陽電池が検討されるようになっている。これまでに、透過型亜酸化銅を上部セルに用いたタンデム型太陽電池が、東芝によって発表されている。

由三个不同专业的小组组成的HZB研究小组尝试开发了一种由硅底部电池和钙钛矿顶部电池组合而成的串联太阳能电池，并在模拟计算的基础上系统地研究了两者界面处的纳米结构和硅背面的反射膜的效果。研究结果发现，通过在硅表面引入平缓的波浪状周期性纳米纹理，与平坦界面相比，可以减少反射损耗，提高光吸收率并增加光转换电流。

異なる得意分野を持つ3グループから構成されるHZBの研究チームは、シリコンの下部セルとペロブスカイトの上部セルを組み合わせたタンデム太陽電池の開発にチャレンジし、両者の界面のナノ構造およびシリコン後面の反射膜の効果を、シミュレーション計算を基にして系統的に調べた。その結果、シリコン表面に緩やかな波状の周期的なナノテクスチャを導入することにより、界面が平坦な場合に比べて、反射損失を低減し、光吸収率を向上して光変換電流を増大することがわかった。

此外，对薄膜厚度变化的容忍度的增加，使得能够生产高质量的钙钛矿薄膜，将良品率从50%提高到95%。研究结果还发现，在硅的背面引入电介质缓冲层作为反射层，减少了近红外波长区域中的寄生吸收并增加了硅的光吸收率。最终，成功实现了29.8%的光转换效率，可以说突破30%的关口指日可待。

更に、膜厚変動に対する許容度が広くなったことで、高品質のペロブスカイト膜の生成が可能になり、製作歩留りが50%から95%に向上した。また、シリコン後面の反射層として誘電体バッファ層を導入することによって、近赤外波長領域の寄生吸収を低減して、シリコンによる光吸収率を高めることも明らかになった。最終的に、29.8％の光変換効率を達成することに成功し、30%の大台も視野に入ってきたと言える。

“定制的纳米纹理可以在各个层面提高钙钛矿半导体材料的性能。它不仅对钙钛矿和硅的串联太阳能电池有效，对基于钙钛矿的发光二极管同样有效”，研究小组对此表示了期待。

研究チームは、「カスタマイズされたナノテクスチャにより、多様なレベルでペロブスカイト半導体材料を高性能化することができる。ペロブスカイトとシリコンのタンデム太陽電池だけでなく、ペロブスカイト系発光ダイオードに対しても有効だ」と、期待している。

征稿启事

应部分读者建议，本公众号现开放投稿，面向企业及科研机构人员征集稿件，可以分享技术信息、学术类论文、科研成果以及研究见解等。

投稿请发送至邮箱：support@aipatent.com（请注明“AIpatent公众号”来稿）

【解说】串联型太阳能电池

【双语资讯】转换效率达29.8%！高效串联太阳能电池的开发

利用机械化学反应的制氢方法及装置