在光伏技术领域，硅基太阳能电池占据90%的市场份额。在成本、稳定性和效率（市场上典型太阳能电池为20-22%）方面，它们远远领先于竞争对手；然而，经过数十年的研究和投资，硅基太阳能电池现已接近其最大理论效率。因此，需要新的理念来实现太阳能电价的长期降低，并使光伏技术成为更广泛采用的发电方式。

        一种解决方案是将两种不同类型的太阳能电池叠放在一起，以最大程度地将光线转化为电能。这些“双结”电池正在科学界广泛研究，但制造成本昂贵。现在，来自 EPFL 光伏实验室和 CSEM 光伏中心的纳沙泰尔研究团队已经开发出了一种具有经济竞争力的解决方案；他们将钙钛矿电池直接集成在标准硅基电池顶部，获得了 25.2% 的创纪录效率。他们的生产方法很有前景，因为它只会在当前的硅电池生产过程中增加几个额外的步骤，而且成本也很合理。他们的研究成果发表在 《自然材料》杂志上。

1、硅基钙钛矿：纳米三明治

1）钙钛矿的独特性能在过去几年中引发了对其在太阳能电池中的应用的大量研究。在九年的时间里，这些电池的效率提高了六倍。钙钛矿可以在潜在有限的生产成本下实现高转换效率。

2)在串联电池中，钙钛矿是硅的补充：它可以更有效地转换蓝光和绿光，而硅则可以更好地转换红光和红外光。“通过结合这两种材料，我们可以最大限度地利用太阳光谱并增加发电量。我们所做的计算和工作表明，30% 的效率应该很快就能实现。”该研究的主要作者 Florent Sahli 和 Jérémie Werner 说道。

3)然而通过叠加两种材料来创建有效的串联结构并不是一件容易的事。“硅的表面由一系列尺寸约为 5 微米的金字塔组成，这些金字塔可以捕获光线并防止其反射。然而表面纹理使得很难沉积均匀的钙钛矿薄膜，”该论文的合著者 Quentin Jeangros 解释道。

4)当钙钛矿以液体形式沉积时（通常是这样），它会积聚在金字塔之间的山谷中，而使峰部未被覆盖，从而导致短路。

2、确保最佳微观结构的关键层：EPFL 和 CSEM 的科学家通过使用蒸发方法形成完全覆盖金字塔的无机基层，解决了这个问题。该层是多孔的，使其能够保留液体有机溶液，然后使用称为旋涂的薄膜沉积技术添加液体有机溶液。研究人员随后将基板加热到 150°C 的相对较低温度，以便在硅金字塔顶部结晶出均匀的钙钛矿薄膜；“到目前为止，制造钙钛矿/硅串联电池的标准方法是平整硅电池的金字塔，这会降低其光学特性，从而降低其性能，然后再将钙钛矿电池沉积在其顶部。它还增加了制造过程的步骤，”Florent Sahli 说。

3、更新现有技术：新型串联电池效率很高，并且与单晶硅技术直接兼容，单晶硅技术受益于长期的工业专业知识，并且已经开始盈利。“我们建议使用已经在使用的设备，只是增加一些特定的阶段。制造商不会采用全新的太阳能技术，而只是更新他们已经使用的硅基电池生产线，”EPFL 光伏实验室和 CSEM 光伏中心负责人 Christophe Ballif 解释道；目前研究仍在继续，以进一步提高效率并赋予钙钛矿薄膜更长期的稳定性。尽管该团队取得了突破，但他们的技术在商业化应用之前还有很多工作要做。