高效串联钙钛矿-CIGS太阳能电池：基于MAGeI3和Cs2AgBiBr6双吸收层顶电池的光伏性能提升研究

针对单结钙钛矿太阳能电池(PSCs)因带隙限制导致光谱利用率不足的问题，研究人员通过SCAPS 1D工具优化设计了一种新型串联电池结构。该研究创新性地采用MAGeI3(1.9 eV)和Cs2AgBiBr6(1.61 eV)构成双吸收层顶电池，与CIGS底电池形成4-T串联结构，最终实现39.39%的突破性转换效率(PCE)，为超越单结电池效率极限提供了新思路。

　　

在可再生能源领域，钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其卓越的光电特性成为研究热点，但其单结结构受限于材料带隙，无法充分利用太阳光谱。传统铅基钙钛矿虽效率较高，却存在毒性和稳定性问题。为此，Rajagiri工程与技术学院的研究团队创新性地提出采用环保型MAGeI₃和Cs₂AgBiBr₆构建双吸收层顶电池，并与CIGS底电池组成串联结构，相关成果发表在《Inorganic Chemistry Communications》。

研究采用SCAPS 1D仿真工具，通过优化能带匹配和界面工程，系统评估了单结及串联结构的性能。关键技术包括：1) 利用AM 1.5G光谱模拟不同结构的光电响应；2) 设计ITO/SnO₂/MAGeI₃/Cs₂AgBiBr₆/CuSbS₂/Au顶电池与ITO/n-ZnO/i-ZnO/CdS/CIGS/Au底电池的4-T串联架构；3) 分析导带偏移(CBO)和价带偏移(VBO)对载流子传输的影响。

Results and discussions
单结PSCs中，MAGeI₃和Cs₂AgBiBr₆分别实现11.6%和7.36%的PCE。通过堆叠二者形成的双吸收层结构，PCE提升至17.75%。串联设计中，4-T结构通过光谱分割实现39.39%的惊人效率，而2-T单片结构因电流匹配限制获得23.20%效率。能带分析显示SnO₂/MAGeI₃界面近乎平坦的CBO有利于电子提取，而Cs₂AgBiBr₆/CuSbS₂界面的能带尖峰优化了空穴传输。

Conclusions
该研究证实双吸收层策略可突破单结PSCs的Shockley-Queisser极限，4-T串联结构39.39%的效率创下非铅钙钛矿-CIGS体系的新纪录。尽管2-T结构受制于工艺复杂性，但采用CuSbS₂作为HTL和SnO₂作为ETL的方案显著提升了器件稳定性。这项工作为开发高效、环保的串联太阳能电池提供了明确的技术路线，其创新性的材料组合与架构设计对光伏领域具有重要指导意义。