市場領先的晶硅光伏技術成本降低但效率接近理論極限，為提高效率并降低成本，晶硅疊層太陽能電池成為研究熱點，機械堆疊結構作為一種簡單的和電池制備工藝兼容的方案，是疊層太陽能電池領域的新選擇。通過鈣鈦礦吸收體并達到ITO界面的光的總平均反射率與ITO厚度的關系，利用分光光度計測量光的反射率來確定 ITO 的最佳厚度。美能分光光度計在光伏領域中主要用來測ITO薄膜的反射率和透過率，全設備采用獨特的雙光束光學設計，測試范圍廣、精度高、穩定性好。

機械堆疊的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的結構

機械堆疊的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的結構

可以直觀地看到這種機械堆疊設計的優勢。這種設計可以利用金屬化和雙面紋理的 Si HJT 底電池，有助于提高電池的整體性能和效率。

鈣鈦礦太陽能電池的光學優化與表征

在鈣鈦礦頂電池的孔選擇層/背接觸處，通過工程化結構來最小化光學損失。這是通過優化電池結構實現的，目的是減少光在電池內部的反射和吸收，從而提高光的透過率和電池的光電轉換效率。

鈣鈦礦太陽能電池的光學優化與表征

不同空穴選擇層材料上ITO厚度對光反射的影響，通過分光光度計測量光的反射率來確定 ITO 的最佳厚度。

對于 PTAA，當ITO厚度約為80nm時，總平均反射率最小為16.4%；對于spiro - OMeTAD，反射率隨ITO厚度增加。

通過分光光度計測量優化后的基于 spiro - OMeTAD 和 PTAA 的鈣鈦礦電池的光學透過率，比較兩種材料作為空穴選擇層時對光透過率的影響。

使用 PTAA 作為空穴選擇層時，在紅色和近紅外光波長范圍（800 - 1200nm）內，子電池的透光率顯著高于使用 spiro - OMeTAD 時的透光率，平均高出 10.7%。

通過選擇合適的材料和調整層厚，研究人員能夠減少光學損失，提高光的利用效率，從而提高電池的整體性能。

對ITO（氧化銦錫）對電極的厚度進行了優化，以減少在近紅外（NIR）范圍（800-1200nm波長）的寄生光學損失。這是通過在空穴選擇材料和ITO界面上發生的光反射造成的。通過X射線定向程序進行光學模擬，確定了ITO的最佳厚度，以減少光學損失并提高電池的光電轉換效率。

鈣鈦礦頂電池性能的分析

鈣鈦礦頂電池的性能

未添加石墨烯時，由于 ITO 對電極缺乏金屬對電極的背反射，導致短路電流密度和填充因子下降，進而影響電池效率。

摻雜石墨烯后，電池的 J-V 特性得到改善。Voc和 FF 增加，而Jsc不變，從而使電池效率提升到 12.6%，體現了石墨烯摻雜對電池性能的積極影響。

鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的性能

機械堆疊鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的性能

從圖J-V特性中看出鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池實現了超過25%的光電轉換效率（PCE），這表明了其作為高效太陽能電池的潛力。量子效率（EQE）光譜和電流匹配分析顯示，鈣鈦礦頂電池和硅底電池之間的電流匹配條件得到了很好的滿足，這是實現高效率串聯電池的關鍵因素。

通過優化ITO對電極的厚度和沉積條件，減少了寄生光學損失，提高了電池的光學透過率和電學性能。

為了在疊層太陽能電池中實現高效的鈣鈦礦太陽能電池，采取了多種優化措施。通過確定 ITO 對電極的理想厚度來減少 PTAA/ITO 界面的反射光學損失，優化光學設計，這一措施有效提高了電池的光學透過率，增強了光的利用效率。

美能分光光度計

美能分光光度計在光伏領域中主要用來測ITO薄膜的反射率和透過率，全設備采用獨特的雙光束光學設計，可以完美地校正不同樣品基質的吸光度變化，測試范圍廣、精度高、穩定性好。

• 采用雙光源雙檢測器設計，波長范圍190-2800nm
• 雙光柵光學結構，有效降低雜散光

積分球直徑可達100mm，涂層在可見區的反射率優于99%

光學優化在提升鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的效率和穩定性方面發揮了關鍵作用，以實現更高效的光伏技術。美能分光光度計能夠提供精確的光吸收和透射率數據，這對于評估太陽能電池材料的光學性能至關重要。

原文出處：https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.01.015，Mechanically Stacked, Two-Terminal Graphene-Based Perovskite/Silicon Tandem Solar Cell with Efficiency over 26%

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