太陽能電池是一種利用光生伏打效應把光能轉變為電能的器件，又叫光伏器件。物質吸收光能產生電動勢的現象，稱為光生伏打效應(Photovoltaiceffect)。這種現象在液體和固體物質中都會發生。但是，只有在固體中，尤其是在半導體中，才有較高的能量轉換效率。
這裡介紹了3篇於同一天（7月20日）在Nature Energy上發表的太陽能電池前沿研究。
1. 北卡羅來納大學教堂山分校的黃勁松教授：C60/SnO2-x基結構簡化的全鈣鈦礦串聯太陽能電池
近年來，全鈣鈦礦串聯太陽能電池的效率正在迅速提高。然而，通過不同工藝沉積的四層或更多層的互連層（ICLs）具有複雜的結構，限制了它們的應用前景。在串聯器件中，ICL控制了子電池的電荷收集和重組，這對於串聯太陽能電池的性能至關重要。
設計高質量的ICLs的目的是儘量減少或避免反向結的形成、寄生光吸收和結電阻，以分別提高開路電壓（VOC）、短路電流密度（JSC）和填充因子。通常對於串聯太陽能電池來說，ITO，IZO或金的寄生吸收導致JSC的損失，濺射工藝會損壞下面的功能層，從而降低了器件的填充係數。此外， PEDOT：PSS限制了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性。
基於此，北卡羅來納大學教堂山分校的黃勁松教授近日報導了僅由富勒烯層和SnO2-x層組成全鈣鈦礦串聯電池的ICL。C60被鈣鈦礦中的I離子進行了無意的n型摻雜，因此表現出高效的電子收集能力。由於錫的不完全氧化而形成的SnO2-x（x = 1.76）層由於存在高密度的Sn2+而具有雙極性載流子傳輸性質。
C60/SnO1.76 ICL與具有低接觸電阻率的寬禁帶和窄禁帶鈣鈦礦子電池形成歐姆接觸。ICL使小面積串聯電池（5.9 mm2）和大面積串聯電池（1.15 cm2）的效率分別提高到24.4％和22.2％。串聯電池在連續照射1小時後，仍保持其初始效率的94％。
圖1：全鈣鈦礦串聯太陽能電池的C60/SnO2-x結構化ICL 設計
原文連結：
Simplified interconnection structure based on C60/SnO2-x for all-perovskite tandem solar cells
2. 中科大陳濤教授，朱長飛教授與新南威爾斯大學郝曉靜副教授：水熱沉積的硒硫化銻薄膜助力太陽能電池的效率提高10％
金屬硫系化合物作為太陽能電池應用的集光材料已取得顯著成功。特別是以Cu2(In, Ga) Se2（CIGS）和CdTe為基礎的硫系太陽能電池，其功率轉換效率（PCE）達到了22%以上，具有良好的運行穩定性。CIGS和CdTe光電技術的這些良好結果激發了人們對探索新的金屬硫系光收集材料的濃厚興趣，尤其是那些由地球上豐富的無毒成分和化合物製成的材料。一系列非常規半導體材料，例如Sb2(S，Se)3（包括Sb2S3和Sb2Se3），SnS，AgBiS2和GeSe在太陽能電池中的應用得到研究。
值得注意的是，Sb2(S，Se)3（具有一維（1D）晶體結構，並且在可見光波長處的峰值吸收係數> 105 cm-1。然而，由於缺乏合適的材料加工方法製備具有最佳光電性能和形態的Sb2(S, Se)3薄膜，嚴重阻礙了其PCE的提高。
基於此，中科大陳濤教授，朱長飛教授與新南威爾斯大學郝曉靜副教授合作報導了一種通過水熱法來製備高質量的Sb2(S, Se)3薄膜。
研究發現通過改變Se/S比和沉積後退火的溫度，可以改善Sb2(S, Se)3薄膜的形貌，增加晶粒尺寸和減少了缺陷數量。
此外，還發現隨著Se/S比的增加，(Sb4S(e)6)n薄帶(S(e)代表S或Se)的擇優取向增加。通過優化水熱沉積參數和隨後的退火，成功實現了PCE為10.0%的Sb2(S, Se)3太陽能電池。這一研究結果突出了Sb2(S, Se)3作為一種新興光伏材料的應用潛力。
圖1. Sb2(S, Se)3的合成及結構表徵
原文連結：
Hydrothermal deposition of antimony selenosulfide thin films enables solar cells with 10% efficiency
3. 日本衝繩科學技術大學院大學Yabing Qi教授：一種用於界面穩定的整體方法，可實現高效鈣鈦礦太陽能電池組件並具有超過2000小時的運行穩定性
小尺寸鈣鈦礦型太陽能電池（PSCs）的功率轉換效率（PCEs）已達到了25.2%。但對於實際應用，PSC在擴大規模時必須保持較高的PCE。然而，當它們的尺寸增加到模塊尺寸，且活性面積大於10cm2時，PCE顯著降低。10cm2鈣鈦礦太陽能組件（PSMs）的PCE目前在10-17%的範圍內。
由於這些PCE值仍遠低於基於其他光伏技術的商用太陽能組件的PCE值，因此進一步提高PSM的PCE是非常有必要的。實現其實際應用PSMs的長期穩定性也是需要考慮的另一個重要方面。而且，在鈣鈦礦型太陽能模塊中，設備內的每個接口都有助於提高模塊的效率和穩定性。
基於此，日本衝繩科學技術大學院大學Yabing Qi教授等人報導了一種整體界面穩定策略，通過修改所有相關的層和界面，即鈣鈦礦層、電荷傳輸層和器件封裝，來提高鈣鈦礦太陽能組件的效率和穩定性。選擇這些處理是因為它們與低溫可伸縮加工和模塊劃線步驟的兼容性。
在22.4cm2的指定面積下，該未封裝鈣鈦礦太陽能組件實現了16.6%的反向掃描效率。封裝的鈣鈦礦太陽能組件顯示出與未封裝組件相似的效率，在AM1.5G光照下連續運行2000h後，仍保持約86%的初始性能，這意味著T90壽命（器件效率降低至初始值90%的時間）為1570h，T80的估計壽命（器件效率降低至初始值80%的時間）為2680h。
圖1. PSM的HIS策略，HIS策略包括對主要設備功能層及其接口的四種處理。
原文連結：
A holistic approach to interface stabilization for efficient perovskite solar modules with over 2,000-hour operational stability