鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池具有豐富的材料堆疊，每一種材料都有著獨特的功能性，了解其中的光電性質(zhì)，對于提升串聯(lián)能量轉(zhuǎn)換效率具有重大意義，也是高效的光收集和光吸收層技術(shù)發(fā)展和降低成本的關(guān)鍵。美能QE量子效率測試儀，兼容所有類型的光伏電池測量需求，光譜范圍可達300-2500nm，全面鎖定電池片的優(yōu)點和不足，幫助用戶優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料配置和工藝參數(shù)，提升電池轉(zhuǎn)換效率。

單片鈣鈦礦/晶硅雙端(2T)疊層太陽能電池，其中寬帶隙鈣鈦礦作為頂部電池吸收材料，晶硅作為底部電池通過認(rèn)證的PCE高達31.3%，已經(jīng)超過了單結(jié)硅太陽能電池的PCE記錄。目前，大多數(shù)高效的單片鈣鈦礦/晶硅疊層串聯(lián)是基于硅底電池(≈250-300μm厚)，正面平面拋光或亞微絨面表面，以便與溶液加工的鈣鈦礦薄膜兼容。

（左）鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖（右）鈣鈦礦硅串聯(lián)太陽能電池頂部和背面橫截面SEM圖像

對鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池進行詳細(xì)的光學(xué)分析，光學(xué)損耗主要來源于反射和寄生吸收損失。下圖顯示了鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池中兩個子電池的測量總吸光度、反射率和EQE。

鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池中兩個子電池的測量總吸光度（反射率和EQE）

如圖所示，鈣鈦礦頂部電池和晶硅底部電池分別產(chǎn)生了18.9mA·cm-2和18.5mA·cm-2的電流密度。兩個主要的電流損耗來自于正面反射（總吸光度曲線上方的區(qū)域）和寄生吸收（總吸光度曲線和EQE曲線之間的區(qū)域），分別達到了4.8mA·cm-2和 3.3mA·cm-2。為了進一步提升疊層電池的電流密度，最直接的方式是減少前表面的反射。反射可以通過減反射層、梯度折射率和絨面陷光結(jié)構(gòu)來減少。

借鑒晶硅太陽能電池的技術(shù)路線，鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池頂部電池從平面結(jié)構(gòu)走向金字塔絨面結(jié)構(gòu)的形式，可以減少反射和增加光捕獲，以此來提升串聯(lián)太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

一種雙面絨面結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)線兼容的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池

通過在射頻(RF)濺射的NiOx層上應(yīng)用超薄層2PACz，以獲得NiOx /2PACz的混合空穴傳輸層（HTL）。濺射致密NiOx層可以避免鈣鈦礦和高導(dǎo)電性TCO層之間的分流路徑。同時，由于2PACz與NiOx之間具有較強的化學(xué)鍵合作用， 2PACz可以在致密的NiOx層上以均勻的保形方式形成，同時NiOx的表面缺陷也被鈍化。基于所設(shè)計的NiOx /2PACz混合HTL，制造基于生產(chǎn)線兼容異質(zhì)結(jié)底電池的單片2T鈣鈦礦/晶硅異質(zhì)結(jié)疊層太陽能電池。TCO層位于雙面紋理的n型晶硅硅片上，具有隨機分布的金字塔形貌。（左）雙面絨面結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖、（右）疊層電池中間減反層的SEM圖像

下圖顯示了該技術(shù)制成的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池中兩個子電池的測量總吸光度、反射率和EQE。鈣鈦礦頂部電池和晶硅底部電池的電流密度分別提升至19.75mA·cm-2和20.1mA·cm-2。

雙面絨面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池中兩個子電池的測量總吸光度（反射率和EQE）

該新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，也表明通過優(yōu)化表面形貌，可以最大程度的減少前表面的反射和光逃逸，從而增強光俘獲能力，提升PCE。

絨面結(jié)構(gòu)的光學(xué)陷光原理

當(dāng)光線入射到材料表面時，都會發(fā)生反射、折射和透射的現(xiàn)象。在光滑表面，反射光和入射光在同一平面上，反射角和入射角相同。當(dāng)表面粗糙時，光在材料表面的相互作用會發(fā)生改變。相鄰的表面方向變化造成了最終反射角與入射角不同。

光線在光滑表面（左）和粗糙表面（右）上的反射、折射和透射原理圖

當(dāng)平行光線落在光滑表面時，反射角與入射角相同，這種反射現(xiàn)象被稱為鏡面反射。此時，通過將探測器置于與入射角相同的角度來測量鏡面反射率，來數(shù)據(jù)化展示反射現(xiàn)象。當(dāng)平行光線落在粗糙表面時，會出現(xiàn)隨機方向的反射，這種反射稱為漫反射。

平行光線在光滑表面（左）和粗糙表面（右）上的反射原理圖

表面粗糙化不僅使反射角度發(fā)生了變化，還會影響折射角度，因此光在吸收材料中的傳播距離增長。表面粗糙化還有助于調(diào)整入射角，并達到全內(nèi)反射的條件，使吸收材料的光程增長。

對于太陽能電池來講，總反射率為鏡面反射加漫反射。為了測量這一反射率，通常采用積分球測量，通過收集各個方向的光來積分量化反射率。

美能QE量子效率測試儀

美能MNPVQE-300量子效率測試儀可以兼容測量所有太陽能電池的光譜響應(yīng)，光譜范圍從300nm-2500nm，可以測量EQE、IQE、反射率、透射率和短路電流密度等參數(shù)，搭配直徑150mm積分球，為讓您的光伏研究進展更加順利。

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本文詳細(xì)介紹了通過在鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的正表面形成絨面結(jié)構(gòu)，以減少光反射，進一步提高了電池的能量轉(zhuǎn)換效率。美能MNPVQE-300量子效率測試儀專為開發(fā)性能優(yōu)異的功能層光電材料提供數(shù)據(jù)化指導(dǎo)意見，助力于將太陽能電池的光譜能量利用最大化。

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