德國亥姆霍茲柏林研究中心 (HZB) 的研究人員成功研發出一種高度複雜的「三重結」太陽能電池，使用了鈣鈦礦材料。這款新型鈣鈦礦三重結太陽能電池達到了 27.3% 的效率，並且在連續運行 770 小時後表現出色，未見性能退化。堆疊層次就如同一個美味的漢堡，這是創造高效率和穩定性的秘密所在。HZB 鈣鈦礦串聯太陽能電池部門負責人史蒂夫·阿爾布雷希特教授解釋道：「可以想像成一個巨無霸，三層麵包之間夾著不同的餡料，如肉、沙拉或起司。
在這裡，則是中層和底層麵包之間的餡料。」
分子自組裝與石墨烯的結合，徹底改變了太陽能電池的面貌。硅太陽能電池多年前已主導市場，但其物理效率正迅速接近絕對極限。因此，鈣鈦礦在太陽能研究界中變得極為重要，因其成本低且極為輕便，甚至可以安裝在塑料或布料等柔性基材上。這些電池通過堆疊三種不同的鈣鈦礦吸收器，能夠捕捉更多陽光，且每層都調整到捕捉太陽光譜中的不同能帶。然而，鈣鈦礦會因為一個薄弱環節而退化，即在子電池之間傳輸電荷的聚合物層 (PEDOT:PSS)。
該聚合物對光的吸收效率不高，且在持續使用下迅速分解。
HZB 團隊成功研發新型鈣鈦礦三重結太陽能電池
針對這一缺點，HZB 團隊嘗試用一對高度穩定、低損耗的化學物質取代該層。為了最大化效率，他們製作了一種複雜的三重結太陽能電池，通過堆疊三種具有不同能帶的鈣鈦礦吸收器來實現。團隊選擇使用自組裝單分子層 (SAMs)，這是一種由大型有機分子組成的超薄層，能自發組織成整齊的單分子薄膜。起初，這些 SAMs 無法有效移動電荷，因此團隊在 SAM 層下方實驗性地增加了其他層作為基底。
一層微薄的氧化石墨烯直接滑入 SAM 下方，徹底改變了界面，創造出完美的形態和電子匹配。電荷傳輸變得順暢，光學損失大幅下降。新型三重結太陽能電池實現了 27.3% 的功率轉換效率，成為該技術中記錄最高的之一。更重要的是，這款電池的持久性優異。在舊型鈣鈦礦構架持續暴露下退化時，配備 GO/SAM 的電池在 770 小時的連續運行中仍保留超過 90% 的初始性能，這在下一代光伏技術中創下了重要的穩定性紀錄。
通常，基於錫鉛的鈣鈦礦在接觸氧氣和濕氣時極易快速氧化和退化。新型的 GO/SAM 雙層形成了一個密封的化學屏障，保護這層脆弱的錫層免受環境破壞。特別地，這種分子屏障是這款太陽能電池在不犧牲性能的情況下實現 770 小時穩定紀錄的關鍵原因。未來的前景更加光明。阿爾布雷希特教授表示，這僅僅是基準，透過對各個鈣鈦礦薄膜的微調，這種輕量架構的效率有可能輕鬆突破 30%。
該研究結果已於 7 月 9 日發表在《Joule》期刊上。