鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）作為第四代光伏技術(shù)，近年來(lái)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(wú)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(yáng)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(yáng)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(wèn)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(yáng)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(méi)有圖案化，而是使用隔離器陣列來(lái)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(guò)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(yáng)能電池（PSC）

不同鈣鈦礦太陽(yáng)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)整個(gè)單元電池。每個(gè)單元電池通過(guò)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(yáng)能電池的優(yōu)化

平面背接觸聚光太陽(yáng)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(wú)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?。通過(guò)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(yáng)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(guò)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(guò)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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