鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）作為第四代光伏技術，近年來在光電轉換效率（PCEs）和電池工業化方面取得了顯著進展。鈣鈦礦吸收層結合了有機和無機半導體的優勢，具有高缺陷容忍度、可調諧光吸收、高載流子分離效率以及低加工溫度等獨特優勢。

TOPCon、HIT和IBC三種類型的太陽能電池

三種硅光伏技術的代表性電池結構

TOPCon：這是一種n型硅太陽能電池技術，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，得到了顯著改善。

IBC：IBC設計將所有的金屬柵格轉移到電池的背面，以最大化光吸收。為了確保背面的雙極性載流子提取，重摻雜的p型和n型層交替圖案化，驅動光生載流子在多個準橫向內建電場下分離。

背接觸設計

IBC和q-IBC鈣鈦礦電池結構和工作原理

IBC：在這種設計中，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設備的制造。還會引入一個封裝層以保護鈣鈦礦表面，隔離外部濕氣，并減少入射反射。

q-IBC：這是IBC的一個衍生結構，旨在簡化設備處理。部分電極和傳輸層沒有圖案化，而是使用隔離器陣列來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。

背接觸設計的關鍵優勢在于最大化光吸收和提高載流子收集效率，同時減少寄生吸收和死區損失。通過這種設計，可以實現更高的光電轉換效率和更好的電池性能。

不同類型的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）

不同鈣鈦礦太陽能電池及結構

傳統鈣鈦礦電池結構：繼承自薄膜光伏電池，采用激光劃刻技術實現子電池的串聯連接。具體通過對透明導電膜、電池堆疊層和頂部金屬電極進行三次激光劃刻，使一個子電池的正極與相鄰子電池的負極實現電連接。凹槽背接觸鈣鈦礦電池結構：2019 年提出，不使用激光劃刻技術，基于凹槽結構，在凹槽底部自然形成斷點，通過電極和傳輸層的掩膜沉積實現子電池的電連接。每個凹槽填充鈣鈦礦作為光吸收層，相當于傳統結構旋轉 90°。凹槽圖案化到微米級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，對沉積角度和速度的精確控制是保證膜質量的關鍵。

平面背接觸鈣鈦礦電池結構：縮短了凹槽電池中彎曲電極的長度，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；無死區，有效面積可提高到窗口面積的99%以上，顯著增加了每個電池的功率輸出。背接觸結構的工作原理：

相鄰電極之間建立橫向電場，光生電子或空穴載流子流向相應的電荷選擇層，從而產生電流流過整個單元電池。每個單元電池通過底層電極串聯連接，與傳統 IBC 電池相比，可輸出更高的電壓，有望應用于需要高壓驅動的特定應用和電器中。

背接觸鈣鈦礦太陽能電池的優化

平面背接觸聚光太陽能電池組件的優化

(a)結構參數(b)表面結構優化(c)第三電極優化(d)抗反射優化平面背接觸PSC電池的截面示意圖，w1決定了子電池的數量和活性面積，應根據模塊產品的輸出要求確定。h1應盡可能小以保證足夠的吸收；w2應盡可能窄以滿足刻蝕/光刻限制；h2應盡可能高以考慮材料成本。

圖中提出了一種優化的鈣鈦礦吸收層表面結構，以確保無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建所需的電場，以增強或減弱載流子傳輸的可能性。通過精確控制封裝層，可以實現出色的抗反射效果，從而優化載流子的行為。

從電池結構角度綜述了光伏領域熱門的IBC電池，討論了其在鈣鈦礦太陽能電池中的兩類設計，并提出背接觸鈣鈦礦電池。優化功能層結構尺寸、采用圖案化表面及表面策略可提升性能，在推動鈣鈦礦光伏技術發展方面極具創新和生產價值，有望提升鈣鈦礦技術在光伏市場的競爭力。

美能鈣鈦礦膜厚測試儀

美能鈣鈦礦膜厚測試儀利用光學干涉原理，通過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、連續監測工業產線上各式薄膜的厚度以及光學常數，快速準確測量薄膜厚度、光學常數等信息。

• 膜厚測試范圍：20nm~2000nm

• 膜厚測試精度：±1nm

膜厚重復性測量精度：＜1%（100次連續測試）

通過精確測量鈣鈦礦層及其他功能層的厚度，膜厚測試儀為研究人員和制造商提供了關鍵的數據，以優化電池結構和提高光電轉換效率。美能鈣鈦礦膜厚測試儀，高精度的測量技術不僅有助于提高單個電池的性能，還確保了大規模生產中模塊的一致性和穩定性。

原文出處：Back-contact configuration energizes perovskite photovoltaic modules；https://doi.org/10.26599/NRE.2024.9120111

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