8月26日~8月28日，KLA Instruments將亮相第九屆鈣鈦礦與疊層電池(長三角)產(chǎn)業(yè)化論壇The 9th Perovskite & Tandem Solar Cells (Yangtze River Delta) Industrialization Forum

長三角作為中國光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新高地，依托雄厚的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和人才優(yōu)勢，已構(gòu)建起從材料供應(yīng)、裝備制造、組件生產(chǎn)到場景應(yīng)用的鈣鈦礦與晶硅雙軌并行產(chǎn)業(yè)鏈，并建成全球最大的鈣鈦礦光伏產(chǎn)業(yè)基地。在前景無限的疊層技術(shù)賽道上，長三角鈣鈦礦與晶硅企業(yè)蓄勢待發(fā)，然而，產(chǎn)業(yè)化之路仍面臨著穩(wěn)效提升、成本削減、標(biāo)準(zhǔn)缺失、項(xiàng)目驗(yàn)證、資本認(rèn)可等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。展望未來，長三角地區(qū)光伏企業(yè)亟需通過協(xié)同合作成為“共同體”，引領(lǐng)疊層光伏技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展浪潮。

在此背景下，由中國國際科技促進(jìn)會鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)分會指導(dǎo)，光伏領(lǐng)跑者創(chuàng)新論壇主辦的“第九屆鈣鈦礦與疊層電池(長三角)產(chǎn)業(yè)化論壇”將于8月26~28日在江蘇常州召開。大會將設(shè)置多個專題報告，涵蓋材料研發(fā)的最新突破、組件技術(shù)創(chuàng)新路徑、設(shè)備材料解決方案優(yōu)化以及市場應(yīng)用拓展策略等多個關(guān)鍵領(lǐng)域，分享鈣鈦礦與疊層的最新研究進(jìn)展，材料與設(shè)備的降本增效方案、大面積制備的創(chuàng)新實(shí)踐案例、多元化場景的市場拓展策略等行業(yè)動態(tài)與專家經(jīng)驗(yàn)，共同打造鈣鈦礦與疊層電池技術(shù)交流平臺。

KLA Instruments將借此次機(jī)會展出Zeta光學(xué)輪廓儀，Tencor探針式輪廓儀，F(xiàn)imetrics方塊電阻測量儀等多款重點(diǎn)機(jī)型，并由應(yīng)用經(jīng)理帶來精彩的報告，期待您的蒞臨。

展會時間：2025年8月26~28日

展會地點(diǎn)：江蘇，常州富力喜來登酒店

展位號： A19

演講主題：鈣鈦礦太陽能電池超薄膜測量應(yīng)用

演講嘉賓：張駿 應(yīng)用經(jīng)理

演講時間：2025年8月27日 13:50 - 14:10

演講地點(diǎn)：常州富力喜來登酒店，三樓龍城大宴會廳

張駿 PROFILE

KLA Instruments 應(yīng)用經(jīng)理

張駿，博士/應(yīng)用經(jīng)理，2013年取得復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系學(xué)士，2018年獲得凝聚態(tài)物理博士學(xué)位，同年加入科磊半導(dǎo)體設(shè)備技術(shù)(上海)有限公司，參與了多個技術(shù)項(xiàng)目的開發(fā)和支持工作，包括探針式輪廓儀，白光干涉技術(shù)，相移干涉技術(shù)，點(diǎn)陣式共聚焦技術(shù)，反射式膜厚測量技術(shù)，方阻測量技術(shù)等，積累了豐富的測量經(jīng)驗(yàn)和客戶案例。

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本期課程：

鈣鈦礦太陽能電池超薄膜厚度測量應(yīng)用

研究背景和表征方法

早在2009年，鉛基鈣鈦礦材料第一次被應(yīng)用到太陽能電池中，其光電轉(zhuǎn)化效率為3.8%。近些年來，通過組分調(diào)控，界面調(diào)制，缺陷優(yōu)化，能級調(diào)整等手段，鈣鈦礦太陽能的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)提高至26.7%。而疊加硅基太陽能電池以后，組合而成的疊層太陽能電池器件的光電轉(zhuǎn)化效率能提高到33.9%。

相關(guān)的研究表明，鈣鈦礦太能電池器件的光電轉(zhuǎn)化率和器件關(guān)鍵層的薄膜質(zhì)量息息相關(guān)。所以，這些薄膜的厚度和均勻度的監(jiān)控非常重要。但是，對鈣鈦礦太陽能電池器件的薄膜厚度的快速、準(zhǔn)確測量是一個有挑戰(zhàn)性的工作。白光干涉儀對于不同材料有消光效應(yīng);反射式膜厚儀無法測量不透明的金屬薄膜，對于透明的超薄膜測量，復(fù)雜的建模也會涉及很大的工作量;原子力顯微鏡測量精確但是掃描范圍和測量速度比較局限。

KLA Instruments的Tencor臺階儀采用線性差分電容式傳感器對于幾納米到百納米量級的超薄膜測量具有非常好的穩(wěn)定性。這篇應(yīng)用案例中，介紹了該設(shè)備可以作為鈣鈦礦客戶監(jiān)控工藝質(zhì)量的重要工具。

鈣鈦礦太陽能電池器件

一個簡單的鈣鈦礦太陽能器件主要包括一系列不同功能的薄膜層：襯底是透明導(dǎo)電氧化層(CTO);電子傳輸層(ETL);鈣鈦礦材料層;空穴傳輸層(HTL);金屬電極層。通常，根據(jù)ETL和HTL層在器件中的位置不同，鈣鈦礦太陽能電池包括兩種結(jié)構(gòu)：正式的n-i-p構(gòu)型和反式的p-i-n構(gòu)型。其中，p代表電子傳輸層，i代表鈣鈦礦層，而n代表空穴傳輸層。

圖1. 鈣鈦礦太陽能電池器件的“n-i-p”構(gòu)型(左)和“p-i-n”構(gòu)型(右)

鈣鈦礦太陽能電池的工作原理

圖2以反式“p-i-n”構(gòu)型為例，展示了鈣鈦礦太陽能電池器件如何工作：太陽光照射到器件上，其中能量大于鈣鈦礦材料能隙的光子會被吸收然后在庫倫作用下材料能帶中產(chǎn)生一對激子(電子空穴對)。在內(nèi)建電場作用下，這一個電子空穴對從鈣鈦礦層向傳輸層界面移動。由于電子空穴對的結(jié)合能比較低，這個電子空穴對很容易解耦合形成獨(dú)立的自由電子和空穴。電子通過電子傳輸層向陰極移動，空穴通過空穴傳輸層向陽極移動。所以，光生電流和電壓都產(chǎn)生了，并且通過外部電路實(shí)現(xiàn)光電子轉(zhuǎn)化的過程。

圖2. 鈣鈦礦太陽能電池的工作原理

相關(guān)研究進(jìn)展

研究1：TCO層測量

TCO層是鈣鈦礦太陽能電池的重要組成部分，是鈣鈦礦太陽能電池生產(chǎn)工藝的第一步。為了增加太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率，TCO層必須在導(dǎo)電性能良好的情況下具有很高的透光率，低電阻，高熱穩(wěn)定性。

圖3 a)玻璃上IZO薄膜的3D圖，厚度約為6.8 nm; b) 同一個樣品上的2D掃描結(jié)果;c)測試兩個IZO薄膜樣品，厚度分別為6.8 nm和 37.1 nm 。

研究2：ETL層測量

ETL 層是鈣鈦礦太陽能電池的關(guān)鍵層之一。ETL層在整個電池結(jié)構(gòu)中具有重要作用：1)收集電子并傳輸?shù)疥帢O;2)可以傳輸電子但是阻隔空穴以降低電子空穴復(fù)合率;3)在正式“n-i-p”構(gòu)型中，鈣鈦礦層是生在在ETL層上的，所以ETL層的平整度和平滑度直接影響了鈣鈦礦層的質(zhì)量;4)在反式“p-i-n”構(gòu)型中，ETL層則也可以作為鈣鈦礦層的保護(hù)層用于隔絕水樣增加壽命。所以，監(jiān)控ETL層的厚度以及均勻性也十分必要。

圖4 a)玻璃上SnO2薄膜的3D圖，厚度約為6.8 nm; b) 同一個樣品上的2D掃描結(jié)果;c)測試三個SnO2薄膜樣品，厚度分別為10.2 nm, 14.3 nm和 19.6 nm。

研究3： 金屬電極層測量

金屬電極層是鈣鈦礦太陽能電池的頂層。由于這一層在封裝之前直接暴露于環(huán)境，所以制備金屬電極的材料要求穩(wěn)定，致密并具有延展性。通常用于制作金屬電極的材料包括金，鋁和銀等等。為了控制成本，金屬電極層工藝厚度以及均勻性的控制也是非常重要的。

圖5 a)玻璃上金屬鋁薄膜的3D圖，厚度約為15 nm; b) 同一個樣品上的2D掃描結(jié)果;c)測試四個金屬薄膜樣品，厚度分布從15 nm至71.1 nm。

結(jié)果總結(jié)

鈣鈦礦太陽能電池是太陽能產(chǎn)業(yè)的一個重要主題。對于產(chǎn)業(yè)要求的超薄膜厚度及均勻性的工藝測量，KLA Instruments的Tencor系列臺階儀以其在納米薄膜測量方面的超高精準(zhǔn)度和卓越穩(wěn)定性，向行業(yè)給出了一個優(yōu)秀的解決方案。