在鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池研究中，硅異質結底電池目前占據主導地位并創造了最高效率紀錄。然而，面向規模化生產的未來，隧穿氧化物鈍化接觸技術預計將成為市場主流，但其主流工業結構（正面擴散發射極+背面平面TOPCon）應用于疊層電池時需進行工藝調整。目前，一種更具集成潛力的雙面TOPCon結構應運而生，但絕大多數研究集中于平面正面，未能與光伏產業中廣泛采用的微米級隨機金字塔絨面結構相兼容，這限制了其產業應用前景。美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過無接觸式測試，監測各個工藝段中的異常，了解單節疊層鈣鈦礦電池的缺陷分布信息。

為解決這一問題，本研究系統探索了雙面TOPCon2底電池在全絨面疊層器件中的應用，通過采用與絨面結構兼容的混合沉積工藝制備鈣鈦礦頂電池，并對比了不同設計方案的性能。研究證實，該方案能夠實現與硅異質結底電池相當的電壓水平，并首次在工業標準絨面TOPCon2底電池上實現了超過30%的轉換效率，為疊層電池技術與產業主流硅電池技術的融合提供了有效路徑。

核心實驗方法概要

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SHJ底電池：p型FZ硅片，雙面堿法制絨，PECVD沉積a-Si:H(i/p)與a-Si:H(i/n)疊層，濺射ITO，蒸鍍金屬柵線。

TOPCon2底電池：類似絨面硅片，熱生長界面氧化層，PECVD沉積原位摻雜a-Si層，高溫退火形成多晶硅TOPCon接觸，根據設計進行氫化（SiNx或SiNx / AlOx退火）與背面金屬化。

鈣鈦礦頂電池：采用混合沉積法。先沉積自組裝單分子層空穴傳輸層，再依次熱蒸發PbI?/CsI無機支架、旋涂FAI/FABr有機鹽溶液并退火結晶，隨后沉積C??電子傳輸層、SnO?緩沖層、ITO透明電極及金屬柵線，最后蒸鍍MgF?減反層。

表征技術：包括標準電流-電壓測試、光譜響應/反射率測量、光致發光PL成像、鎖相熱成像、以及Suns-Voc等先進診斷技術。

TOPCon2底電池的設計、制備與表征

本研究制備了四種TOPCon2底電池變體（基于p型 / n型硅片，搭配絨面 / 平面p-TOPCon背面），并以標準硅異質結底電池作為參照。

TOPCon層采用原位摻雜PECVD工藝沉積，并通過共退火形成。電池正面均采用標準隨機金字塔絨面，背面形貌與金屬化方案根據設計調整。

關鍵工藝步驟后（如氫化、ITO濺射及退火修復），通過光致發光成像監測隱含開路電壓的變化。

(a) 具有絨面背面的TOPCon2底電池單結電池結構(b)具有平面背面的TOPCon2底電池單結電池結構(c)作為參考的硅異質結底電池(d)在n型襯底上制備的雙面絨面TOPCon2單結太陽能電池的鎖相熱成像測量圖(e)與(f)分別展示了在氫化、ITO 濺射以及濺射損傷修復等工藝步驟后，具有絨面背面和平面背面的 TOPCon2 底電池的隱含開路電壓數據（根據經過壽命校準的光致發光圖像計算得出）(g)顯示了根據在不同光照強度下測得的開路電壓圖像計算出的底電池偽填充因子(h)顯示了在單結太陽能電池上測得的相應并聯電阻率

結果表明，雙面絨面結構在ITO濺射后出現鈍化損傷，但可通過低溫退火有效恢復。最終，平面背面TOPCon2電池在n型硅片上隱含開路電壓超過730 mV，與硅異質結電池相當；而絨面背面結構因p-TOPCon在絨面上的鈍化質量稍遜，隱含開路電壓略低。

電學測試發現，TOPCon2電池的并聯電阻普遍低于硅異質結電池，其主要原因被歸因于TOPCon層處理過程中可能引入的局部微短路點。

鎖相熱成像技術直觀地揭示了這些缺陷的位置。值得注意的是，此問題被視為特定工藝條件下的優化挑戰，并不構成TOPCon2技術的根本限制。

疊層電池集成與性能對比分析

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(a)硅異質結疊層太陽能電池和(c)TOPCon2疊層太陽能電池的電池結構設計，以及(b)在硅異質結歐姆硅襯底和(d)TOPCon2歐姆硅襯底上的鈣鈦礦單結太陽能電池結構

選取性能最優的p型基材平面p-TOPCon背面電池進行疊層集成。采用混合沉積工藝（先蒸鍍無機支架，再溶液滲透有機組分并退火）在絨面上制備鈣鈦礦頂電池，以確保良好的覆蓋性。

為全面評估，同時制備了硅異質結基疊層電池、以及分別生長在兩種底電池歐姆襯底上的鈣鈦礦單結電池作為參照。

兩種疊層太陽能電池（上圖）以及在歐姆硅異質結與 TOPCon 硅襯底上的鈣鈦礦單結太陽能電池的電流-電壓參數圖。每個圖的縱坐標最小值被設定為各自最大值的 88%，以便直接比較各電流-電壓參數及其對電池效率的影響

(a)反射率與(b)外量子效率測量結果的對比，以深入分析兩種疊層太陽能電池的光學性能

電性能測試顯示，兩種疊層電池的開路電壓（~1920 mV）與短路電流（~19.7 mA/cm2）水平相當，冠軍TOPCon2基疊層電池效率達30.6%。鈣鈦礦單結電池的電流輸出更高，證實疊層電池的電流受限于硅底電池。

光學測量（反射譜與量子效率譜）表明，兩者在短波區的光學行為高度一致，長波區（>1000 nm）的微小差異主要源于背面金屬結構與光陷阱效果的細微不同。

對各組中性能最佳的疊層太陽能電池進行的隱含開路電壓分析，包含通過子電池選擇性光照光致發光測量確定的底電池與頂太陽能電池的隱含開路電壓圖像 (a)-(d)。(e)中繪制了開路電壓、兩個子電池的空間平均隱含開路電壓，以及定義為開路電壓與隱含開路電壓之和之間差值的“選擇性損失”

在(a) 硅異質結疊層電池和(b) TOPCon2疊層電池上進行的填充因子損失分析(c)和(d)分別展示了從硅異質結疊層電池和TOPCon2疊層電池提取的Suns-PL隱含填充因子、Suns-Voc 偽填充因子以及電流-電壓測量的填充因子(e)和(f)分別顯示了硅異質結疊層電池和 TOPCon2疊層電池的空間分辨隱含填充因子圖像

通過先進的光致發光成像技術對損失機制進行剖析：TOPCon2底電池的隱含開路電壓較硅異質結底電池低約10 mV，但鈣鈦礦頂電池在兩種襯底上性能相同。疊層電池的“選擇性損失”僅為10 mV，屬于次要損失通道。

填充因子損失分析進一步揭示，兩種疊層電池都具有超過84%的高隱含填充因子潛力，實際填充因子下降主要歸因于鈣鈦礦頂電池的串聯電阻，且兩者程度相近。

本工作成功將具有工業標準絨面的TOPCon2底電池集成至全絨面鈣鈦礦/硅疊層電池中，并實現了超過30%的效率，證明了該技術路線的可行性。系統性的對比研究表明，基于TOPCon與基于硅異質結的疊層電池在效率潛力與損失機制上并無根本區別，鈣鈦礦頂電池的性能不受底層硅電池技術類型的影響。當前TOPCon2電池面臨的局部短路問題屬于工藝優化范疇，可通過后續工程改進解決。未來，研究工作將聚焦于將此項技術移植至成本更低的工業級直拉硅片上，并進一步優化TOPCon界面與鈣鈦礦沉積工藝，推動高效鈣鈦礦/硅疊層電池的產業化進程。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

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大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實時反饋等特性，系統性解決了太陽能電池生產中的速度、良率、成本、工藝優化與穩定性等核心痛點，并且結合AI深度學習，實現全自動缺陷識別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時清晰呈現高亮區域（如無缺陷區）與低亮區域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識別分類訓練：實現全自動缺陷識別與工藝反饋

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀采用無接觸式測試方式，可實時監測鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質量異常，精準定位單結及疊層電池中的缺陷分布。

原文參考：Fully-Textured Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells Exceeding 30% Efficiency on Both Side Tunnel Oxide Passivating Contacted Bottom Cells

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