在鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池研究中，硅異質(zhì)結(jié)底電池目前占據(jù)主導(dǎo)地位并創(chuàng)造了最高效率紀(jì)錄。然而，面向規(guī)模化生產(chǎn)的未來，隧穿氧化物鈍化接觸技術(shù)預(yù)計將成為市場主流，但其主流工業(yè)結(jié)構(gòu)（正面擴散發(fā)射極+背面平面TOPCon）應(yīng)用于疊層電池時需進(jìn)行工藝調(diào)整。目前，一種更具集成潛力的雙面TOPCon結(jié)構(gòu)應(yīng)運而生，但絕大多數(shù)研究集中于平面正面，未能與光伏產(chǎn)業(yè)中廣泛采用的微米級隨機金字塔絨面結(jié)構(gòu)相兼容，這限制了其產(chǎn)業(yè)應(yīng)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(jiān)測各個工藝段中的異常，了解單節(jié)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(tǒng)探索了雙面TOPCon2底電池在全絨面疊層器件中的應(yīng)用，通過采用與絨面結(jié)構(gòu)兼容的混合沉積工藝制備鈣鈦礦頂電池，并對比了不同設(shè)計方案的性能。研究證實，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)與硅異質(zhì)結(jié)底電池相當(dāng)?shù)碾妷核剑?/span>并首次在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)絨面TOPCon2底電池上實現(xiàn)了超過30%的轉(zhuǎn)換效率，為疊層電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)主流硅電池技術(shù)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(jù)設(shè)計進(jìn)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(fā)PbI?/CsI無機支架、旋涂FAI/FABr有機鹽溶液并退火結(jié)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(shù)：包括標(biāo)準(zhǔn)電流-電壓測試、光譜響應(yīng)/反射率測量、光致發(fā)光PL成像、鎖相熱成像、以及Suns-Voc等先進(jìn)診斷技術(shù)。

TOPCon2底電池的設(shè)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(biāo)準(zhǔn)硅異質(zhì)結(jié)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(biāo)準(zhǔn)隨機金字塔絨面，背面形貌與金屬化方案根據(jù)設(shè)計調(diào)整。

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

(a) 具有絨面背面的TOPCon2底電池單結(jié)電池結(jié)構(gòu)(b)具有平面背面的TOPCon2底電池單結(jié)電池結(jié)構(gòu)(c)作為參考的硅異質(zhì)結(jié)底電池(d)在n型襯底上制備的雙面絨面TOPCon2單結(jié)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(fù)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(shù)據(jù)（根據(jù)經(jīng)過壽命校準(zhǔn)的光致發(fā)光圖像計算得出）(g)顯示了根據(jù)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(jié)太陽能電池上測得的相應(yīng)并聯(lián)電阻率

結(jié)果表明，雙面絨面結(jié)構(gòu)在ITO濺射后出現(xiàn)鈍化損傷，但可通過低溫退火有效恢復(fù)。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(zhì)結(jié)電池相當(dāng)；而絨面背面結(jié)構(gòu)因p-TOPCon在絨面上的鈍化質(zhì)量稍遜，隱含開路電壓略低。

電學(xué)測試發(fā)現(xiàn)，TOPCon2電池的并聯(lián)電阻普遍低于硅異質(zhì)結(jié)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(shù)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(yōu)化挑戰(zhàn)，并不構(gòu)成TOPCon2技術(shù)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(zhì)結(jié)疊層太陽能電池和(c)TOPCon2疊層太陽能電池的電池結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及(b)在硅異質(zhì)結(jié)歐姆硅襯底和(d)TOPCon2歐姆硅襯底上的鈣鈦礦單結(jié)太陽能電池結(jié)構(gòu)

選取性能最優(yōu)的p型基材平面p-TOPCon背面電池進(jìn)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(zhì)結(jié)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(jié)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(zhì)結(jié)與 TOPCon 硅襯底上的鈣鈦礦單結(jié)太陽能電池的電流-電壓參數(shù)圖。每個圖的縱坐標(biāo)最小值被設(shè)定為各自最大值的 88%，以便直接比較各電流-電壓參數(shù)及其對電池效率的影響

(a)反射率與(b)外量子效率測量結(jié)果的對比，以深入分析兩種疊層太陽能電池的光學(xué)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(dāng)，冠軍TOPCon2基疊層電池效率達(dá)30.6%。鈣鈦礦單結(jié)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(xué)測量（反射譜與量子效率譜）表明，兩者在短波區(qū)的光學(xué)行為高度一致，長波區(qū)（>1000 nm）的微小差異主要源于背面金屬結(jié)構(gòu)與光陷阱效果的細(xì)微不同。

對各組中性能最佳的疊層太陽能電池進(jìn)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(fā)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(zhì)結(jié)疊層電池和(b) TOPCon2疊層電池上進(jìn)行的填充因子損失分析(c)和(d)分別展示了從硅異質(zhì)結(jié)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(zhì)結(jié)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(jìn)的光致發(fā)光成像技術(shù)對損失機制進(jìn)行剖析：TOPCon2底電池的隱含開路電壓較硅異質(zhì)結(jié)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(jìn)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(lián)電阻，且兩者程度相近。

本工作成功將具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)了超過30%的效率，證明了該技術(shù)路線的可行性。系統(tǒng)性的對比研究表明，基于TOPCon與基于硅異質(zhì)結(jié)的疊層電池在效率潛力與損失機制上并無根本區(qū)別，鈣鈦礦頂電池的性能不受底層硅電池技術(shù)類型的影響。當(dāng)前TOPCon2電池面臨的局部短路問題屬于工藝優(yōu)化范疇，可通過后續(xù)工程改進(jìn)解決。未來，研究工作將聚焦于將此項技術(shù)移植至成本更低的工業(yè)級直拉硅片上，并進(jìn)一步優(yōu)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(chǎn)業(yè)化進(jìn)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(tǒng)性解決了太陽能電池生產(chǎn)中的速度、良率、成本、工藝優(yōu)化與穩(wěn)定性等核心痛點，并且結(jié)合AI深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)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(xiàn)高亮區(qū)域（如無缺陷區(qū)）與低亮區(qū)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(xùn)練：實現(xiàn)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(jiān)測鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質(zhì)量異常，精準(zhǔn)定位單結(jié)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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