鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）作為第四代光伏技術(shù)，近年來在光電轉(zhuǎn)換效率（PCEs）和電池工業(yè)化方面取得了顯著進(jìn)展。鈣鈦礦吸收層結(jié)合了有機(jī)和無機(jī)半導(dǎo)體的優(yōu)勢(shì)，具有高缺陷容忍度、可調(diào)諧光吸收、高載流子分離效率以及低加工溫度等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

TOPCon、HIT和IBC三種類型的太陽能電池

三種硅光伏技術(shù)的代表性電池結(jié)構(gòu)

TOPCon：這是一種n型硅太陽能電池技術(shù)，其中SiOx層作為n-Si和多晶硅之間的中介層，有效解決了PERC電池中的接觸損失問題。

HIT：這種電池使用氫化非晶硅（a-Si）作為晶圓鈍化劑，有助于制造超薄太陽能電池，并且與PERC和TOPCon相比，其電池光電電壓與界面缺陷高度相關(guān)，得到了顯著改善。

IBC：IBC設(shè)計(jì)將所有的金屬柵格轉(zhuǎn)移到電池的背面，以最大化光吸收。為了確保背面的雙極性載流子提取，重?fù)诫s的p型和n型層交替圖案化，驅(qū)動(dòng)光生載流子在多個(gè)準(zhǔn)橫向內(nèi)建電場(chǎng)下分離。

背接觸設(shè)計(jì)

IBC和q-IBC鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)和工作原理

IBC：在這種設(shè)計(jì)中，電極以條紋模式沉積，電子傳輸層（ETL）和空穴傳輸層（HTL）交替沉積在電極上，并且完全覆蓋電極以避免金屬接觸損失。鈣鈦礦吸收層最后沉積以完成IBC設(shè)備的制造。還會(huì)引入一個(gè)封裝層以保護(hù)鈣鈦礦表面，隔離外部濕氣，并減少入射反射。

q-IBC：這是IBC的一個(gè)衍生結(jié)構(gòu)，旨在簡(jiǎn)化設(shè)備處理。部分電極和傳輸層沒有圖案化，而是使用隔離器陣列來加載另一部分電極和傳輸層，顯著減少了沉積要求和后接線的難度。

背接觸設(shè)計(jì)的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于最大化光吸收和提高載流子收集效率，同時(shí)減少寄生吸收和死區(qū)損失。通過這種設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更高的光電轉(zhuǎn)換效率和更好的電池性能。

不同類型的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）

不同鈣鈦礦太陽能電池及結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)：繼承自薄膜光伏電池，采用激光劃刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)子電池的串聯(lián)連接。具體通過對(duì)透明導(dǎo)電膜、電池堆疊層和頂部金屬電極進(jìn)行三次激光劃刻，使一個(gè)子電池的正極與相鄰子電池的負(fù)極實(shí)現(xiàn)電連接。凹槽背接觸鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)：2019 年提出，不使用激光劃刻技術(shù)，基于凹槽結(jié)構(gòu)，在凹槽底部自然形成斷點(diǎn)，通過電極和傳輸層的掩膜沉積實(shí)現(xiàn)子電池的電連接。每個(gè)凹槽填充鈣鈦礦作為光吸收層，相當(dāng)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn) 90°。凹槽圖案化到微米級(jí)需要更高的光刻或蝕刻精度，并且在微尺度起伏基底上沉積電極和傳輸層時(shí)，對(duì)沉積角度和速度的精確控制是保證膜質(zhì)量的關(guān)鍵。

平面背接觸鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)：縮短了凹槽電池中彎曲電極的長(zhǎng)度，降低了電阻損耗，有助于提高填充因子和效率；沉積的鈣鈦礦吸收層連續(xù)且平坦，有利于膜表面的鈍化處理或表面封裝層（或功能層、第三電極等）的平滑制備；無死區(qū)，有效面積可提高到窗口面積的99%以上，顯著增加了每個(gè)電池的功率輸出。背接觸結(jié)構(gòu)的工作原理：

相鄰電極之間建立橫向電場(chǎng)，光生電子或空穴載流子流向相應(yīng)的電荷選擇層，從而產(chǎn)生電流流過整個(gè)單元電池。每個(gè)單元電池通過底層電極串聯(lián)連接，與傳統(tǒng) IBC 電池相比，可輸出更高的電壓，有望應(yīng)用于需要高壓驅(qū)動(dòng)的特定應(yīng)用和電器中。

背接觸鈣鈦礦太陽能電池的優(yōu)化

平面背接觸聚光太陽能電池組件的優(yōu)化

(a)結(jié)構(gòu)參數(shù)(b)表面結(jié)構(gòu)優(yōu)化(c)第三電極優(yōu)化(d)抗反射優(yōu)化平面背接觸PSC電池的截面示意圖，w1決定了子電池的數(shù)量和活性面積，應(yīng)根據(jù)模塊產(chǎn)品的輸出要求確定。h1應(yīng)盡可能小以保證足夠的吸收；w2應(yīng)盡可能窄以滿足刻蝕/光刻限制；h2應(yīng)盡可能高以考慮材料成本。

圖中提出了一種優(yōu)化的鈣鈦礦吸收層表面結(jié)構(gòu)，以確保無論光生載流子在何處生成，都能保證一致的傳輸距離。將表面封裝層作為第三電極以構(gòu)建所需的電場(chǎng)，以增強(qiáng)或減弱載流子傳輸?shù)目赡苄浴Ｍㄟ^精確控制封裝層，可以實(shí)現(xiàn)出色的抗反射效果，從而優(yōu)化載流子的行為。

從電池結(jié)構(gòu)角度綜述了光伏領(lǐng)域熱門的IBC電池，討論了其在鈣鈦礦太陽能電池中的兩類設(shè)計(jì)，并提出背接觸鈣鈦礦電池。優(yōu)化功能層結(jié)構(gòu)尺寸、采用圖案化表面及表面策略可提升性能，在推動(dòng)鈣鈦礦光伏技術(shù)發(fā)展方面極具創(chuàng)新和生產(chǎn)價(jià)值，有望提升鈣鈦礦技術(shù)在光伏市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

美能鈣鈦礦膜厚測(cè)試儀

美能鈣鈦礦膜厚測(cè)試儀利用光學(xué)干涉原理，通過分析薄膜表面反射光和薄膜與基底界面反射光相干涉形成的光譜，快速、連續(xù)監(jiān)測(cè)工業(yè)產(chǎn)線上各式薄膜的厚度以及光學(xué)常數(shù)，快速準(zhǔn)確測(cè)量薄膜厚度、光學(xué)常數(shù)等信息。

• 膜厚測(cè)試范圍：20nm~2000nm

• 膜厚測(cè)試精度：±1nm

膜厚重復(fù)性測(cè)量精度：＜1%（100次連續(xù)測(cè)試）

通過精確測(cè)量鈣鈦礦層及其他功能層的厚度，膜厚測(cè)試儀為研究人員和制造商提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，以優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和提高光電轉(zhuǎn)換效率。美能鈣鈦礦膜厚測(cè)試儀，高精度的測(cè)量技術(shù)不僅有助于提高單個(gè)電池的性能，還確保了大規(guī)模生產(chǎn)中模塊的一致性和穩(wěn)定性。

原文出處：Back-contact configuration energizes perovskite photovoltaic modules；https://doi.org/10.26599/NRE.2024.9120111

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