The Question

Single-junction silicon solar cells dominate the photovoltaic market but are approaching their theoretical efficiency limit (~29.4%, Shockley-Queisser). Stacking a wide-bandgap perovskite (~1.7 eV) on top of silicon (~1.1 eV) creates a tandem that can harvest more of the solar spectrum, with a theoretical limit of ~43% for a realistic silicon-based tandem. Laboratory tandems have already surpassed 34% — rigid 2T monolithic tandems have reached 34.85%, while flexible tandems have achieved 33.6% — well beyond the best single-junction silicon. But efficiency records set on centimetre-scale cells under controlled conditions mean little if the perovskite layer degrades within months. Can stability engineering close the gap between lab champions and field-deployable modules?

Landscape

Guo et al. (2025) tackled recombination losses at the perovskite/transport layer interface — the primary source of voltage deficit in tandem cells. They developed bifacially reinforced self-assembled monolayer (SAM) interfaces that enhance coverage on both the ITO-facing and perovskite-facing sides of the SAM layer. The result: reduced non-radiative recombination, improved open-circuit voltage, and critically, enhanced operational stability compared to conventional single-sided SAM passivation.

Hasan et al. (2024) published a comprehensive stability review cataloguing degradation mechanisms at both cell and module level — including reverse bias effects, hot spot formation, delamination, and current matching challenges, among others. Their assessment: no single encapsulation or compositional strategy addresses all degradation pathways simultaneously. Stability engineering requires a multi-pronged approach — composition optimisation, interface passivation, and hermetic encapsulation.

Di Girolamo et al. (2024) investigated an under-studied failure mode: reverse bias degradation. In real modules, partially shaded cells experience reverse voltage stress that can destroy the perovskite layer. They demonstrated tandem cells stable down to -40 V reverse bias — a result critical for module-level reliability but rarely tested in academic publications. Their finding: the two-terminal tandem configuration actually protects the perovskite layer from reverse bias damage because the silicon bottom cell limits current flow.

Fang et al. (2025), published in Nature, achieved a flexible perovskite/silicon tandem using a dual-buffer layer that accommodates mechanical stress during bending. Flexible tandems open applications beyond rooftop panels — building-integrated PV, wearables, and curved surfaces.

Key Claims & Evidence

Open Questions

Referenced Papers

• [1] Guo, C. et al. (2025). Bifacially Reinforced SAM Interfaces for Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells. Adv. Mater. DOI: 10.1002/adma.202504520
• [2] Hasan, S.A.U. et al. (2024). Stability Challenges for Perovskite/Silicon Tandem Solar Cell. Solar RRL. DOI: 10.1002/solr.202300967
• [3] Di Girolamo, D. et al. (2024). Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells with Reverse Bias Stability down to -40 V. Adv. Sci. DOI: 10.1002/advs.202401175
• [4] Fang, Z. et al. (2025). Flexible perovskite/silicon tandem solar cell with a dual-buffer layer. Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-09835-w
• [5] Wang, S. et al. (2025). Enhanced Interface Properties for Monolithic Inorganic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cell. Adv. Funct. Mater. DOI: 10.1002/adfm.202420249

면책 조항: 이 게시물은 정보 제공 목적의 연구 동향 개요이다. 학술 연구에서 인용하기 전에 구체적인 연구 결과, 통계 및 주장을 원본 논문과 대조하여 검증해야 한다.

페로브스카이트-실리콘 탠덤 태양전지: 35% 효율을 향한 도전

분야: 화학 | 방법론: 실험적

저자: Sean K.S. Shin | 날짜: 2026-03-17

연구 질문

단일 접합 실리콘 태양전지는 광전지 시장을 지배하고 있으나, 이론적 효율 한계(~29.4%, Shockley-Queisser)에 근접하고 있다. 광대역 페로브스카이트(~1.7 eV)를 실리콘(~1.1 eV) 위에 적층하면 태양 스펙트럼을 더 넓은 범위에서 흡수할 수 있는 탠덤 구조가 형성되며, 현실적인 실리콘 기반 탠덤의 이론적 한계는 ~43%에 달한다. 실험실 탠덤은 이미 34%를 초과하였다 — 강성 2단자(2T) 모놀리식 탠덤은 34.85%에 도달하였고, 플렉서블 탠덤은 33.6%를 달성하였다 — 이는 최고 성능의 단일 접합 실리콘을 훨씬 뛰어넘는 수치이다. 그러나 통제된 조건에서 센티미터 규모 셀로 수립된 효율 기록은 페로브스카이트 층이 수개월 내에 열화된다면 실질적인 의미를 갖지 못한다. 안정성 공학은 실험실 최고 성능과 현장 배치 가능한 모듈 사이의 격차를 좁힐 수 있을 것인가?

연구 동향

Guo et al. (2025)은 탠덤 셀의 전압 손실을 유발하는 주요 원인인 페로브스카이트/수송층 계면에서의 재결합 손실 문제를 다루었다. 이들은 SAM 층의 ITO 접촉면과 페로브스카이트 접촉면 양쪽의 피복률을 향상시키는 양면 강화 자기조립단분자막(SAM) 계면을 개발하였다. 그 결과 비방사 재결합이 감소하고 개방 회로 전압이 향상되었으며, 결정적으로 기존 단면 SAM 패시베이션 대비 향상된 작동 안정성이 확인되었다.

Hasan et al. (2024)은 역 바이어스 효과, 핫스팟 형성, 층간 박리, 전류 정합 문제 등을 포함한 셀 및 모듈 수준의 열화 메커니즘을 체계적으로 정리한 종합 안정성 리뷰를 발표하였다. 이들의 평가에 따르면, 단일 봉지 또는 조성 전략으로는 모든 열화 경로를 동시에 해결할 수 없다. 안정성 공학은 조성 최적화, 계면 패시베이션, 기밀 봉지를 포함한 다각적 접근이 요구된다.

Di Girolamo et al. (2024)은 상대적으로 연구가 미흡한 고장 모드인 역 바이어스 열화를 조사하였다. 실제 모듈에서 부분 음영 처리된 셀은 페로브스카이트 층을 손상시킬 수 있는 역전압 스트레스를 받는다. 이들은 -40 V 역 바이어스에서도 안정적인 탠덤 셀을 실증하였다 — 이는 모듈 수준의 신뢰성에 있어 매우 중요한 결과이나, 학술 논문에서는 드물게 검증되는 항목이다. 이들의 발견에 따르면, 2단자 탠덤 구조에서는 실리콘 하부 셀이 전류 흐름을 제한하기 때문에 페로브스카이트 층이 역 바이어스 손상으로부터 실질적으로 보호된다.

Fang et al. (2025)은 Nature에 게재된 연구에서 굽힘 시 발생하는 기계적 응력을 수용하는 이중 버퍼층을 적용하여 플렉서블 페로브스카이트/실리콘 탠덤을 구현하였다. 플렉서블 탠덤은 옥상 패널을 넘어 건물 일체형 PV, 웨어러블 기기, 곡면 적용 등 다양한 응용 분야를 열어준다.

핵심 주장 및 근거

미해결 질문

참고 논문

• [1] Guo, C. et al. (2025). Bifacially Reinforced SAM Interfaces for Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells. Adv. Mater. DOI: 10.1002/adma.202504520
• [2] Hasan, S.A.U. et al. (2024). Stability Challenges for Perovskite/Silicon Tandem Solar Cell. Solar RRL. DOI: 10.1002/solr.202300967
• [3] Di Girolamo, D. et al. (2024). Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells with Reverse Bias Stability down to -40 V. Adv. Sci. DOI: 10.1002/advs.202401175
• [4] Fang, Z. et al. (2025). Flexible perovskite/silicon tandem solar cell with a dual-buffer layer. Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-09835-w
• [5] Wang, S. et al. (2025). Enhanced Interface Properties for Monolithic Inorganic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cell. Adv. Funct. Mater. DOI: 10.1002/adfm.202420249