钽钛共掺杂氧化铟电极：构建低缺陷、高透过率的钙钛矿/硅四端叠层太阳能电池

透明导电氧化物（TCOs）是半透明及叠层光伏电池的核心组件。传统ITO电极在近红外（NIR）波段存在寄生吸收问题，限制了钙钛矿/硅叠层电池的效率。对于半透明钙钛矿顶电池，近红外（NIR）区域的高透过率至关重要，但商用ITO在NIR区域的透过率因电离杂质的寄生吸收而降低。本研究通过美能钙钛矿在线透过率测试机实时监测薄膜的光学特性，结合钛（Ti）和钽（Ta）共掺杂氧化铟（MDO），开发了一种高NIR透光性TCO，其载流子浓度（~10¹⁹ cm⁻³）较ITO降低一个数量级，迁移率（>80 cm²/V·s）显著提升，为优化电池性能提供了关键技术支持。

多元素掺杂氧化铟MDO电极优化

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(a) ITO与MDO薄膜的霍尔测量结果(b) ITO与MDO薄膜的透射率对比

MDO薄膜通过直流磁控溅射制备，采用掺杂钛和钽的氧化铟靶材。电池结构为玻璃/底部TCO（ITO或MDO）/SnO₂/钙钛矿/spiro-OMeTAD/MoOx/顶部TCO（ITO或MDO）/Au指。MDO在800–1300 nm波段的透射率较ITO提升超过 10%，尤其在1000–1200 nm范围内透射率接近95%，表明其对硅底电池的光吸收具有显著促进作用。厚度影响：MDO厚度从150 nm增至300 nm时，透射率提升，归因于：

• 晶粒尺寸增大：减少晶界散射，降低光损耗。
• 载流子迁移率提高（>80 cm²/V·s）：降低电阻率（~3×10⁻⁴ Ω·cm）的同时抑制自由载流子吸收。

半透明钙钛矿电池的性能提升

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电池性能与稳定性：(a) J−V曲线；(b) MPPT测试

不同顶/底TCO电极的半透明钙钛矿电池性能

采用MDO作为底电极和顶电极的半透明钙钛矿电池表现出更高的功率转换效率（PCE）。与ITO/ITO结构相比，MDO/MDO电池的VOC从1.00 V提升至1.05 V，FF从76.7%优化至74.8%，PCE从16.6%增至17.0%。这归因于MDO较低的载流子浓度减少了界面复合位点，并通过能级匹配优化提升了电子传输效率。

(a) TCO层的紫外光电子能谱（UPS）；(b) TCO上SnO₂的UPS；(c) 能带对齐

此外，引入抗反射（AR）层后，JSC进一步增加，PCE达到17.8%。长期稳定性测试表明，MDO/MDO电池在1太阳光照下1000小时的MPPT测试中表现更稳定，可能与其在紫外区的低透过率减少光降解有关。

四端叠层电池的光电流增强

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四端叠层电池:(a)硅电池的J−V曲线；(b) 半透明钙钛矿电池与过滤硅电池的外量子效率（EQE）及100%反射率）结果

机械堆叠半透明钙钛矿电池与硅底电池的四端结构中，MDO作为顶/底电极显著提升了硅电池的光电流收集效率。与ITO/ITO结构相比，MDO/MDO-AR四端叠层的JSC从15.0 mA/cm²提升至17.3 mA/cm²，PCE从23.9%增至26.1%。外部量子效率（EQE）分析表明，MDO在500-800 nm波段的透过率增强改善了钙钛矿顶电池的光捕获，而NIR区域的高透过率（>80%）使硅底电池在>800 nm波段的光电流显著提升。未来若开发更稳定的空穴传输层（HTL），可通过后退火进一步优化MDO顶电极的性能。本研究通过多元素掺杂氧化铟（MDO）透明电极替代ITO，实现了半透明钙钛矿电池（PCE>17%）和四端钙钛矿/硅叠层电池（PCE>26%）的高性能。MDO的高NIR透过率源于低载流子浓度和缺陷态减少，有效提升了硅底电池的光电流响应。MDO通过降低载流子浓度和优化能带对齐，显著提升了钙钛矿-硅叠层器件的NIR透光性与效率。

美能钙钛矿在线透过率测试机

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钙钛矿太阳能电池的在线透过率检测设备是一种实时监测钙钛矿薄膜、透明氧化玻璃或组件光学透过率的系统，用于优化工艺、确保均匀性并提升电池效率。

• 精确度高：测量精度达到0.01%，能提供精确的透射比数据
• 稳定性好：测量稳定性＜0.1%，在重复测试10次中能够提供稳定的数据，保证了测试结果的可靠性
• 高效率与自动化：大面积扫描（如0.6m×1.2m基板）可在秒级完成

实验中，美能钙钛矿在线透过率测试机凭借其高精度和稳定性，为钙钛矿薄膜和透明基板的实时光学监测提供了可靠保障，显著优化了工艺一致性。原文参考：Transparent Electrodes with Enhanced Infrared Transmittance forSemitransparent and Four-Terminal Tandem Perovskite Solar Cells
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