意大利Casaccia 研究中心&罗马理工学院Joule发布：机械堆叠结构的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池效率超26%

市场领先的晶硅光伏技术成本降低但效率接近理论极限，为提高效率并降低成本，晶硅叠层太阳能电池成为研究热点，机械堆叠结构作为一种简单的和电池制备工艺兼容的方案，是叠层太阳能电池领域的新选择。通过钙钛矿吸收体并达到ITO界面的光的总平均反射率与ITO厚度的关系，利用分光光度计测量光的反射率来确定 ITO 的最佳厚度。美能分光光度计在光伏领域中主要用来测ITO薄膜的反射率和透过率，全设备采用独特的双光束光学设计，测试范围广、精度高、稳定性好。

机械堆叠的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的结构

机械堆叠的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的结构

可以直观地看到这种机械堆叠设计的优势。这种设计可以利用金属化和双面纹理的 Si HJT 底电池，有助于提高电池的整体性能和效率。

钙钛矿太阳能电池的光学优化与表征

在钙钛矿顶电池的孔选择层/背接触处，通过工程化结构来最小化光学损失。这是通过优化电池结构实现的，目的是减少光在电池内部的反射和吸收，从而提高光的透过率和电池的光电转换效率。

钙钛矿太阳能电池的光学优化与表征

不同空穴选择层材料上ITO厚度对光反射的影响，通过分光光度计测量光的反射率来确定 ITO 的最佳厚度。

对于 PTAA，当ITO厚度约为80nm时，总平均反射率最小为16.4%；对于spiro - OMeTAD，反射率随ITO厚度增加。

通过分光光度计测量优化后的基于 spiro - OMeTAD 和 PTAA 的钙钛矿电池的光学透过率，比较两种材料作为空穴选择层时对光透过率的影响。

使用 PTAA 作为空穴选择层时，在红色和近红外光波长范围（800 - 1200nm）内，子电池的透光率显著高于使用 spiro - OMeTAD 时的透光率，平均高出 10.7%。

通过选择合适的材料和调整层厚，研究人员能够减少光学损失，提高光的利用效率，从而提高电池的整体性能。

对ITO（氧化铟锡）对电极的厚度进行了优化，以减少在近红外（NIR）范围（800-1200nm波长）的寄生光学损失。这是通过在空穴选择材料和ITO界面上发生的光反射造成的。通过X射线定向程序进行光学模拟，确定了ITO的最佳厚度，以减少光学损失并提高电池的光电转换效率。

钙钛矿顶电池性能的分析

钙钛矿顶电池的性能

未添加石墨烯时，由于 ITO 对电极缺乏金属对电极的背反射，导致短路电流密度和填充因子下降，进而影响电池效率。

掺杂石墨烯后，电池的 J-V 特性得到改善。Voc和 FF 增加，而Jsc不变，从而使电池效率提升到 12.6%，体现了石墨烯掺杂对电池性能的积极影响。

钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的性能

机械堆叠钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的性能

从图J-V特性中看出钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池实现了超过25%的光电转换效率（PCE），这表明了其作为高效太阳能电池的潜力。量子效率（EQE）光谱和电流匹配分析显示，钙钛矿顶电池和硅底电池之间的电流匹配条件得到了很好的满足，这是实现高效率串联电池的关键因素。

通过优化ITO对电极的厚度和沉积条件，减少了寄生光学损失，提高了电池的光学透过率和电学性能。

为了在叠层太阳能电池中实现高效的钙钛矿太阳能电池，采取了多种优化措施。通过确定 ITO 对电极的理想厚度来减少 PTAA/ITO 界面的反射光学损失，优化光学设计，这一措施有效提高了电池的光学透过率，增强了光的利用效率。

美能分光光度计

美能分光光度计在光伏领域中主要用来测ITO薄膜的反射率和透过率，全设备采用独特的双光束光学设计，可以完美地校正不同样品基质的吸光度变化，测试范围广、精度高、稳定性好。

• 采用双光源双检测器设计，波长范围190-2800nm
• 双光栅光学结构，有效降低杂散光

积分球直径可达100mm，涂层在可见区的反射率优于99%

光学优化在提升钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的效率和稳定性方面发挥了关键作用，以实现更高效的光伏技术。美能分光光度计能够提供精确的光吸收和透射率数据，这对于评估太阳能电池材料的光学性能至关重要。

原文出处：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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