背接触钙钛矿电池BC-PSCs | 双层SnO₂ETL高效电荷提取MPPT稳定性验证

背接触钙钛矿太阳能电池（BC-PSCs）因电极位于背侧，避免了前电极的光遮挡问题，但界面电荷提取效率低和复合损失严重限制了其性能。本文提出双层SnO₂电子传输层（ETL）（纳米颗粒SnO₂ + 溶胶凝胶 SnO₂），通过优化界面能级对齐、减少缺陷态，提升电荷收集效率。美能钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT可以实时动态追踪太阳能电池在当前环境下的最大功率输出点，解决因光照/温度变化导致的输出功率波动问题。

电池制备与形貌证

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(a) 背接触钙钛矿太阳能电池准叉指电极示意图；(b) 采用不同ETL的BC-PSC电池结构；经光刻工艺后(c)Al₂O₃/Ni蒸镀及Ni氧化后(d)钙钛矿沉积后(e)的截面SEM图像

采用叉指背接触设计：NiOₓ为空穴传输层HTL，SnO₂为电子传输层ETL。对比三种ETL制备方案：

胶体SnO₂：光刻附着力差，电极图案化合格率低；

溶胶-凝胶SnO₂：图案保真度提升；

双层SnO₂：结合纳米颗粒与溶胶-凝胶层，实现高均匀性。

AFM与SEM获取的钙钛矿薄膜形貌：(a) 胶体SnO₂，(b) 溶胶-凝胶SnO₂，(c) 双层SnO₂

形貌控制：双层SnO₂接触角（53.54°）适中，促进钙钛矿(FAPbI₃)₀.₉₇( MAPbBr₃)₀.₀₃大晶粒生长，而胶体 SnO₂(12.72°)因过度成核导致小晶粒。

界面特性

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(a) KPFM测量的接触电势差（CPD）图像 (b) 不同SnO₂上的线性CPD分布；(c) 基于ETL的能带对齐示意图

能级对齐：KPFM显示双层SnO₂的CPD（0.12 eV）最高，功函数（4.39 eV）与钙钛矿导带匹配最优，驱动电子高效提取。

(a) C-AFM形貌图像； (b) 形貌线性分布；(c) 暗态电流图；(d) 光照下光电流图；(e) 电极间光电流信号分布

光电流映射：C-AFM证实双层SnO₂平均光电流（33.67 pA）显著高于溶胶-凝胶（26.69 pA）和胶体（14.65 pA），表明载流子扩散长度延长。

光伏性能与稳定性

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(a) J-V曲线；(b) PCE箱线图；(c) EQE光谱及积分Jsc；(d) 光强依赖Jsc；(e) MPPT测试；(f) 稳定性测试

最优BC-PSCs的光伏参数（扫描方向：正向/反向）

J-V特性：在反向扫描中，双层 SnO₂电池最大功率转换效率（PCE）达 4.52%，短路电流密度（Jsc）为 12.18mA/cm²，开路电压（Voc）0.82V；胶体 SnO₂电池PCE 仅 2.39%，溶胶 - 凝胶 SnO₂电池PCE 约 3.68%。

外部量子效率EQE：双层 SnO₂电池EQE 最高，积分 Jsc 值 11.36，表明其光响应和电荷传输更高效。

稳定性：在最大功率点跟踪MPPT测试中，双层 SnO₂电池稳定性优于另外两种。在氩气环境下，所有电池 100 多天内效率无明显衰减，且双层 SnO₂始终保持最高效率。

背接触钙钛矿太阳能电池（BC-PSCs）因电极位于背侧，避免了前电极的光遮挡问题，但界面电荷提取效率低和复合损失严重限制了其性能。提出双层SnO₂电子传输层 （ ETL ）（纳米颗粒SnO₂ + 溶胶凝胶SnO₂），通过优化界面能级对齐、减少缺陷态，提升电荷收集效率。MPPT维持率＞95%（1000小时），验证双层SnO₂的界面工程显著提升了运行稳定性。

钙钛矿最大功率点追踪 MPPT

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钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT采用A+AA+级LED太阳光模拟器作为老化光源，以其先进的技术和多功能设计，为钙钛矿太阳能电池的研究提供了强有力的支持。

• 光源等级：A+AA+，光谱匹配度A+级，均匀性A级，长时间稳定性A+级
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光强可调节: 0.2-1.5sun，以0.1sun为步进可依次调节
• 功率独立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

美能钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT不仅是性能验证工具，更是揭示材料动态退化机制、驱动界面工程优化的决策依据。本篇中双层SnO₂在MPPT测试中的卓越表现，是其作为高效稳定BC-PSCs传输层核心价值的关键证明。

原文参考：Interface engineering for efficient and stable back-contact perovskite solar cells