鈣鈦礦/硅疊層電池可突破單結(jié)電池效率極限，但半透明頂電池（ST-PSC）的ITO濺射會(huì)引發(fā)等離子體損傷。傳統(tǒng)ALD-SnO?緩沖層因沉積速率慢、成本高制約產(chǎn)業(yè)化。本研究提出溶液法金屬氧化物納米顆粒緩沖層（PBL）替代方案，同步利用硅片切割后的本征粗糙度簡(jiǎn)化工藝，通過(guò)優(yōu)化AZO-N21X緩沖層，結(jié)合動(dòng)態(tài)旋涂工藝提升膜均勻性，并在單面拋光p型硅片（未拋光背面）上實(shí)現(xiàn)高效光捕獲。

美能鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測(cè)試MPPT在此作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程的一部分，用于實(shí)時(shí)優(yōu)化負(fù)載電阻，使電池始終工作在最大功率點(diǎn)（Pmax），從而準(zhǔn)確記錄穩(wěn)態(tài)輸出功率。最終獲得25.3%的疊層效率（兩步法鈣鈦礦），為工業(yè)化提供低成本路徑。

緩沖層材料篩選

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不同保護(hù)緩沖層（PBL）的不透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）的電池結(jié)構(gòu)

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于金屬氧化物納米顆粒的溶液處理緩沖層PBL，通過(guò)旋涂法制備，對(duì)比了ZnO、AZO和SnO?三種納米顆粒分散液。

（A）不同溶液處理緩沖層的鈣鈦礦電池在靜態(tài)/動(dòng)態(tài)涂覆下的功率轉(zhuǎn)換效率統(tǒng)計(jì)分布；（B）采用不同溶液處理緩沖層和濺射ITO的半透明鈣鈦礦電池的功率轉(zhuǎn)換效率

動(dòng)態(tài)旋涂必要性：靜態(tài)法導(dǎo)致溶劑與PCBM層過(guò)久接觸，形成氣泡狀孔洞，降低填充因子（FF）；動(dòng)態(tài)法減少相互作用時(shí)間，薄膜均勻性提升（如AZO N-21X的FF從靜態(tài)73%→動(dòng)態(tài)76%）。

(A)緩沖層紫外吸收(B)PL淬滅率與晶粒尺寸(C)XRD圖譜

AZO N-21X表現(xiàn)最佳：

紫外屏蔽能力優(yōu)異（UV區(qū)吸收率達(dá)20%）。

優(yōu)先沿(002)晶面垂直生長(zhǎng)，晶粒尺寸大，電荷傳輸效率高。

抗濺射損傷能力突出，光致發(fā)光淬滅率（PLQ）最低（0.1）。

硅底電池結(jié)構(gòu)優(yōu)化

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拋光/未拋光硅片電池的EQE對(duì)比

采用正面拋光、背面未拋光的P 型硅異質(zhì)結(jié)（SHJ）電池作為底電池，利用硅片切割后的背面固有粗糙度（σ??=241 nm）實(shí)現(xiàn)光捕獲，無(wú)需額外紋理化步驟。實(shí)驗(yàn)顯示，該結(jié)構(gòu)比雙面拋光硅片光電流提升約 0.6 mA/cm2，且 P 型硅片成本比 N 型低 8%-10%，兼顧性能與經(jīng)濟(jì)性。

半透明頂電池性能

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基于 AZO N-21X 緩沖層的 ST-PSCs，通過(guò)動(dòng)態(tài)旋涂法制備，PCE 達(dá) 18.1%，接近不透明參考電池的 18.4%，且開路電壓（Voc）和填充因子（FF）表現(xiàn)優(yōu)異，證明溶液處理緩沖層的有效性。

疊層電池集成

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單片鈣鈦礦 / 硅疊層太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖

疊層效率

（A）全溶液處理鈣鈦礦頂電池、（B）兩步混合法鈣鈦礦頂電池的疊層電池 J-V 曲線（含最大功率點(diǎn)跟蹤）；（C）（D）兩類疊層電池的EQE光譜

將優(yōu)化后的頂電池與 P 型硅底電池集成，制備出單結(jié)疊層電池，MPPT通過(guò)持續(xù)追蹤穩(wěn)態(tài)最大功率，規(guī)避了J-V掃描中正向/反向偏差帶來(lái)的誤差，提供更可靠的效率評(píng)估。

全溶液法鈣鈦礦頂電池疊層效率達(dá)23.2%；

采用兩步混合法（蒸發(fā) PbI?與 CsBr 后旋涂 FAI/MABr/MACl 溶液）制備的鈣鈦礦頂電池，疊層效率進(jìn)一步提升至25.3%，F(xiàn)F 接近 77%。

不同研究中全平面硅底鈣鈦礦 / 硅疊層電池的進(jìn)展，及本研究中背面未拋光 / 正面拋光硅基疊層電池的效率（突出背面未拋光的性能提升）

研究中采用未拋光背面硅片的疊層效率（25.3%）顯著高于文獻(xiàn)報(bào)道的全平面硅底電池（普遍<23%），證實(shí)背面粗糙度的光管理優(yōu)勢(shì)。

本文開發(fā)了溶液法AZO納米顆粒緩沖層，有效防護(hù)鈣鈦礦/硅疊層電池中透明電極濺射損傷。該緩沖層使半透明鈣鈦礦頂電池效率達(dá)18.1%。結(jié)合前拋光/后未拋光的p型硅底電池，利用硅片天然粗糙背面增強(qiáng)光捕獲，省去織構(gòu)化工序。最終單片疊層電池效率達(dá)25.3%，為低成本規(guī)模化制備提供了新途徑。

鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤 MPPT

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鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測(cè)試 MPPT采用A+AA+級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器作為老化光源，以其先進(jìn)的技術(shù)和多功能設(shè)計(jì)，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究提供了強(qiáng)有力的支持。

• 光源等級(jí)：A+AA+，光譜匹配度A+級(jí)，均勻性A級(jí)，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性A+級(jí)
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強(qiáng)可調(diào)節(jié): 0.2-1.5sun，以0.1sun為步進(jìn)可依次調(diào)節(jié)
• 功率獨(dú)立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

美能鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測(cè)試 MPPT提供鈣鈦礦疊層電池在真實(shí)工作條件下的穩(wěn)態(tài)效率（而非瞬態(tài)掃描值），確保效率數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與實(shí)用性。

原文參考：Postmetallization “Passivated Edge Technology” for Separated Silicon Solar Cells

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