意大利Casaccia 研究中心&羅馬理工學(xué)院Joule發(fā)布：機械堆疊結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池效率超26%

市場領(lǐng)先的晶硅光伏技術(shù)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(jié)構(gòu)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(lǐng)域的新選擇。通過鈣鈦礦吸收體并達(dá)到ITO界面的光的總平均反射率與ITO厚度的關(guān)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(lǐng)域中主要用來測ITO薄膜的反射率和透過率，全設(shè)備采用獨特的雙光束光學(xué)設(shè)計，測試范圍廣、精度高、穩(wěn)定性好。

機械堆疊的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的結(jié)構(gòu)

機械堆疊的鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的結(jié)構(gòu)

可以直觀地看到這種機械堆疊設(shè)計的優(yōu)勢。這種設(shè)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(xué)優(yōu)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(jié)構(gòu)來最小化光學(xué)損失。這是通過優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，目的是減少光在電池內(nèi)部的反射和吸收，從而提高光的透過率和電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

鈣鈦礦太陽能電池的光學(xué)優(yōu)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(dāng)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(yōu)化后的基于 spiro - OMeTAD 和 PTAA 的鈣鈦礦電池的光學(xué)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(nèi)，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(diào)整層厚，研究人員能夠減少光學(xué)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(jìn)行了優(yōu)化，以減少在近紅外（NIR）范圍（800-1200nm波長）的寄生光學(xué)損失。這是通過在空穴選擇材料和ITO界面上發(fā)生的光反射造成的。通過X射線定向程序進(jìn)行光學(xué)模擬，確定了ITO的最佳厚度，以減少光學(xué)損失并提高電池的光電轉(zhuǎn)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(dǎo)致短路電流密度和填充因子下降，進(jìn)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(xiàn)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(xiàn)了超過25%的光電轉(zhuǎn)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(xiàn)高效率串聯(lián)電池的關(guān)鍵因素。

通過優(yōu)化ITO對電極的厚度和沉積條件，減少了寄生光學(xué)損失，提高了電池的光學(xué)透過率和電學(xué)性能。

為了在疊層太陽能電池中實現(xiàn)高效的鈣鈦礦太陽能電池，采取了多種優(yōu)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(xué)損失，優(yōu)化光學(xué)設(shè)計，這一措施有效提高了電池的光學(xué)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(lǐng)域中主要用來測ITO薄膜的反射率和透過率，全設(shè)備采用獨特的雙光束光學(xué)設(shè)計，可以完美地校正不同樣品基質(zhì)的吸光度變化，測試范圍廣、精度高、穩(wěn)定性好。

• 采用雙光源雙檢測器設(shè)計，波長范圍190-2800nm
• 雙光柵光學(xué)結(jié)構(gòu)，有效降低雜散光

積分球直徑可達(dá)100mm，涂層在可見區(qū)的反射率優(yōu)于99%

光學(xué)優(yōu)化在提升鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的效率和穩(wěn)定性方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，以實現(xiàn)更高效的光伏技術(shù)。美能分光光度計能夠提供精確的光吸收和透射率數(shù)據(jù)，這對于評估太陽能電池材料的光學(xué)性能至關(guān)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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