美國托萊多大學的一個研究小組設計了一種四端(4T)疊層太陽能電池，其頂部器件依賴于禁帶寬度可調(diào)的鈣鈦礦吸收層，底部電池使用商業(yè)化的窄帶隙碲化鎘(CdTe)吸收層技術。

科學家們表示：“人們已經(jīng)在鈣鈦礦-硅、鈣鈦礦-CIGS和鈣鈦礦-鈣鈦礦疊層電池方面做了大量工作，而對鈣鈦礦-碲化鎘疊層太陽能電池的探索相對較少。由于CdTe底部電池帶隙更寬，CdTe疊層電池的效率潛力可能低于CIGS疊層電池。但是，CdTe太陽能電池可以成功地實現(xiàn)更廣泛的商業(yè)化，因而引起了人們研究其薄膜疊層應用的興趣。”

研究人員表示，太陽能電池的一個關鍵元件是用于禁帶寬度可調(diào)的頂部鈣鈦礦電池的透明背面觸點(TBC)技術。為了制作這些觸點，他們使用銦鋅氧化物(IZO)代替了廣為接受的銦錫氧化物(ITO)。

他們采用射頻(RF)磁控濺射技術制備IZO薄膜，這是一種在真空環(huán)境中以RF交替電流電勢的方法。

研究人員還解釋說，他們所做的工作旨在確定理想的IZO厚度，這對提高頂部半透明鈣鈦礦電池的性能和透光率起著至關重要的作用。這樣可以增加鈣鈦礦帶隙而允許更多的長波長光子透射并進入底部CdSeTe電池，并反過來補償4T疊層配置中的典型光學損耗因子。

頂部電池由玻璃和銦錫氧化物(ITO)制成的基板、由氧化亞鎳(NiOx)制成的空穴傳輸層(HTL)、甲基取代咔唑(Me-4PACz)膦酸層、鈣鈦礦吸收層、依賴于巴克明斯特富勒烯(C60)的電子傳輸層(ETL)、錫氧化物(SnOx)緩沖層和IZO背面觸點構成。

底部電池設計包括由玻璃和ITO制成的基板、由氧化錫(SnO2)制成的ETL、碲化鎘(CdTe)吸收層、碲化硒鎘(CdSeTe)層、硫氰酸亞銅(CuSCN)HTL和金觸點。

同時，頂部和底部電池都覆蓋防反射涂層。

在將頂部電池的吸收層調(diào)諧至1.76eV的能量帶隙時，疊層電池實現(xiàn)最佳配置，此時其總功率轉換效率達到了25.1%。

研究發(fā)現(xiàn)，頂部電池的效率高達17.93%、開路電壓為1.315伏、短路電流密度為17.11毫安/平方厘米且填充因子為79.7%。底部電池的效率為7.13%，開路電壓為0.842伏、短路電流密度為11.15毫安/平方厘米且填充因子為76.0%。

研究人員表示：“這一結果證明，4T鈣鈦礦-CdSeTe疊層配置可以用來提高商業(yè)化CdSeTe薄膜太陽能電池的效率。”他們還透露，目前他們正在勾勒將該裝置的效率提高到30%的路線圖。“我們的分析表明，未來隨著兩種太陽能電池技術的進步，開發(fā)高效4T鈣鈦礦–CdSeTe疊層太陽能電池是可行的。”