鈣鈦礦/硅疊層電池可突破單結電池效率極限，但半透明頂電池（ST-PSC）的ITO濺射會引發等離子體損傷。傳統ALD-SnO?緩沖層因沉積速率慢、成本高制約產業化。本研究提出溶液法金屬氧化物納米顆粒緩沖層（PBL）替代方案，同步利用硅片切割后的本征粗糙度簡化工藝，通過優化AZO-N21X緩沖層，結合動態旋涂工藝提升膜均勻性，并在單面拋光p型硅片（未拋光背面）上實現高效光捕獲。

美能鈣鈦礦最大功率點追蹤測試MPPT在此作為標準測試流程的一部分，用于實時優化負載電阻，使電池始終工作在最大功率點（Pmax），從而準確記錄穩態輸出功率。最終獲得25.3%的疊層效率（兩步法鈣鈦礦），為工業化提供低成本路徑。

緩沖層材料篩選

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不同保護緩沖層（PBL）的不透明鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的電池結構

研究團隊開發了基于金屬氧化物納米顆粒的溶液處理緩沖層PBL，通過旋涂法制備，對比了ZnO、AZO和SnO?三種納米顆粒分散液。

（A）不同溶液處理緩沖層的鈣鈦礦電池在靜態/動態涂覆下的功率轉換效率統計分布；（B）采用不同溶液處理緩沖層和濺射ITO的半透明鈣鈦礦電池的功率轉換效率

動態旋涂必要性：靜態法導致溶劑與PCBM層過久接觸，形成氣泡狀孔洞，降低填充因子（FF）；動態法減少相互作用時間，薄膜均勻性提升（如AZO N-21X的FF從靜態73%→動態76%）。

(A)緩沖層紫外吸收(B)PL淬滅率與晶粒尺寸(C)XRD圖譜

AZO N-21X表現最佳：

紫外屏蔽能力優異（UV區吸收率達20%）。

優先沿(002)晶面垂直生長，晶粒尺寸大，電荷傳輸效率高。

抗濺射損傷能力突出，光致發光淬滅率（PLQ）最低（0.1）。

硅底電池結構優化

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拋光/未拋光硅片電池的EQE對比

采用正面拋光、背面未拋光的P 型硅異質結（SHJ）電池作為底電池，利用硅片切割后的背面固有粗糙度（σ??=241 nm）實現光捕獲，無需額外紋理化步驟。實驗顯示，該結構比雙面拋光硅片光電流提升約 0.6 mA/cm2，且 P 型硅片成本比 N 型低 8%-10%，兼顧性能與經濟性。

半透明頂電池性能

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基于 AZO N-21X 緩沖層的 ST-PSCs，通過動態旋涂法制備，PCE 達 18.1%，接近不透明參考電池的 18.4%，且開路電壓（Voc）和填充因子（FF）表現優異，證明溶液處理緩沖層的有效性。

疊層電池集成

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單片鈣鈦礦 / 硅疊層太陽能電池的結構示意圖

疊層效率

（A）全溶液處理鈣鈦礦頂電池、（B）兩步混合法鈣鈦礦頂電池的疊層電池 J-V 曲線（含最大功率點跟蹤）；（C）（D）兩類疊層電池的EQE光譜

將優化后的頂電池與 P 型硅底電池集成，制備出單結疊層電池，MPPT通過持續追蹤穩態最大功率，規避了J-V掃描中正向/反向偏差帶來的誤差，提供更可靠的效率評估。

全溶液法鈣鈦礦頂電池疊層效率達23.2%；

采用兩步混合法（蒸發 PbI?與 CsBr 后旋涂 FAI/MABr/MACl 溶液）制備的鈣鈦礦頂電池，疊層效率進一步提升至25.3%，FF 接近 77%。

不同研究中全平面硅底鈣鈦礦 / 硅疊層電池的進展，及本研究中背面未拋光 / 正面拋光硅基疊層電池的效率（突出背面未拋光的性能提升）

研究中采用未拋光背面硅片的疊層效率（25.3%）顯著高于文獻報道的全平面硅底電池（普遍<23%），證實背面粗糙度的光管理優勢。

本文開發了溶液法AZO納米顆粒緩沖層，有效防護鈣鈦礦/硅疊層電池中透明電極濺射損傷。該緩沖層使半透明鈣鈦礦頂電池效率達18.1%。結合前拋光/后未拋光的p型硅底電池，利用硅片天然粗糙背面增強光捕獲，省去織構化工序。最終單片疊層電池效率達25.3%，為低成本規?；苽涮峁┝诵峦緩?。

鈣鈦礦最大功率點追蹤 MPPT

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鈣鈦礦最大功率點追蹤測試 MPPT采用A+AA+級LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進的技術和多功能設計，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強有力的支持。

• 光源等級：A+AA+，光譜匹配度A+級，均勻性A級，長時間穩定性A+級
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強可調節: 0.2-1.5sun，以0.1sun為步進可依次調節
• 功率獨立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

美能鈣鈦礦最大功率點追蹤測試 MPPT提供鈣鈦礦疊層電池在真實工作條件下的穩態效率（而非瞬態掃描值），確保效率數據的準確性與實用性。

原文參考：Postmetallization “Passivated Edge Technology” for Separated Silicon Solar Cells

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