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，對于提升串聯能量轉換效率具有重大意義，也是高效的光收集和光吸收層技術發展和降低成本的關鍵。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點和不足，幫助用戶優化結構設計、材料配置和工藝參數，提升電池轉換效率。

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證的PCE高達31.3%，已經超過了單結硅太陽能電池的PCE記錄。目前，大多數高效的單片鈣鈦礦/晶硅疊層串聯是基于硅底電池(≈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構示意圖（右）鈣鈦礦硅串聯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的光學分析，光學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域）和寄生吸收（總吸光度曲線和EQE曲線之間的區域），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構來減少。

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

一種雙面絨面結構、生產線兼容的鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池

通過在射頻(RF)濺射的NiOx層上應用超薄層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。基于所設計的NiOx /2PACz混合HTL，制造基于生產線兼容異質結底電池的單片2T鈣鈦礦/晶硅異質結疊層太陽能電池。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）雙面絨面結構的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池結構示意圖、（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。

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

該新技術的發現，也表明通過優化表面形貌，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。

絨面結構的光學陷光原理

當光線入射到材料表面時，都會發生反射、折射和透射的現象。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。當表面粗糙時，光在材料表面的相互作用會發生改變。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，來數據化展示反射現象。當平行光線落在粗糙表面時，會出現隨機方向的反射，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整入射角，并達到全內反射的條件，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

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本文詳細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構，以減少光反射，進一步提高了電池的能量轉換效率。美能MNPVQE-300量子效率測試儀專為開發性能優異的功能層光電材料提供數據化指導意見，助力于將太陽能電池的光譜能量利用最大化。

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