鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）自2009年報(bào)導(dǎo)以來，由于其高效能、低成本和簡單制備工藝迅速引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。其核心材料鈣鈦礦具有優(yōu)異的光電特性，如高吸光係數(shù)、長載流子擴(kuò)散長度和高載流子遷移率，使其成為下一代光伏技術(shù)的潛力選手。在過去十年間引發(fā)了廣泛的研究熱潮，并被認(rèn)為是最有潛力替代傳統(tǒng)硅太陽能電池的下一代光伏技術(shù)之一。 近年來，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs） 的效率不斷提升，并在 NREL 的效率認(rèn)證數(shù)據(jù)中屢創(chuàng)新高。

疊層結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)自2017開始，在過去三年中，鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的效率取得顯著的突破。以下是一些重要的突破及其學(xué)術(shù)研究團(tuán)隊(duì)：

Longi綠能科技公司 (2023年)： 效率：33.9%，該效率突破由NREL認(rèn)證，是當(dāng)前世界紀(jì)錄。

沙特阿拉伯國王阿卜杜拉科技大學(xué) (KAUST) (2023年)： 效率：33.7%，KAUST在2023年6月宣佈其鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池效率達(dá)到33.7%。 

以上資料來源參考: 美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL)

鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池，更是被認(rèn)為是未來實(shí)現(xiàn)更高效率和更低成本的理想方案。然而，在空氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)寬帶隙鈣鈦礦 (~1.68 eV) 的可擴(kuò)展制備一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗謺铀兮}鈦礦薄膜的降解。

南京大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊(duì)近期取得重大突破，他們在研究中發(fā)現(xiàn)，溶劑的性質(zhì)對水分干擾的影響程度至關(guān)重要。通過深入研究，他們發(fā)現(xiàn)正丁醇 (nBA) 由于其低極性和中等揮發(fā)速率，不僅可以有效緩解空氣環(huán)境中水分對鈣鈦礦薄膜的負(fù)面影響，還可以提高鈣鈦礦薄膜的均勻性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展制備。

突破性的研究成果

利用正丁醇 (nBA) 的優(yōu)勢，譚海仁教授團(tuán)隊(duì)成功在空氣環(huán)境下製備了高性能的寬帶隙鈣鈦礦薄膜，并將其應(yīng)用于鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池。該團(tuán)隊(duì)最終實(shí)現(xiàn)了令人印象深刻的效率：

雙面紋理化鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池，採用大尺寸金字塔結(jié)構(gòu) (2-3 微米)，效率達(dá)到 29.4% (經(jīng)認(rèn)證為 28.7%)。

16 平方厘米的開孔面積，效率達(dá)到 26.3%。

Enlitech 設(shè)備的助力

譚海仁教授團(tuán)隊(duì)在研究中使用了光焱科技 (Enlitech) 的 QE-R 光伏/太陽能電池量子效率量測方案 和 SS-X 系列太陽光模擬器，這兩款設(shè)備在鈣鈦礦太陽能電池的性能測試和評估中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

lQE-R 光伏/太陽能電池量子效率量測方案可以測量不同波長光照下器件的外部量子效率 (EQE)，幫助研究人員分析光電轉(zhuǎn)換過程，優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)和材料選擇。該設(shè)備能夠提供關(guān)于器件在不同波長下光電轉(zhuǎn)換效率的信息，幫助研究人員深入了解材料的光電特性，并優(yōu)化器件設(shè)計(jì)，提高能量轉(zhuǎn)換效率。

lSS-X 系列 AM1.5G太陽光模擬器可以精確模擬太陽光譜，為鈣鈦礦太陽能電池提供真實(shí)的測試環(huán)境，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。該設(shè)備模擬光譜的精度和穩(wěn)定性，對于準(zhǔn)確評估鈣鈦礦太陽能電池的性能至關(guān)重要。

未來展望

未來可能運(yùn)用的領(lǐng)域  

l建筑整合光伏（BIPV）: 提供可觀的電力輸出，同時(shí)兼具美觀和功能性。

l移動裝置：其輕薄和高效能，疊層鈣鈦礦太陽能電池可以用于移動裝置如智能手機(jī)、筆記本電腦和無人機(jī)等，提供持久的電力支持。

l大規(guī)模電力生產(chǎn)：有望在大規(guī)模光伏電站中應(yīng)用，為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的可再生能源。

l穿戴設(shè)備：其靈活性和高效能，可以為智能手錶和其他可穿戴設(shè)備提供持續(xù)的電力來源。

譚海仁教授團(tuán)隊(duì)的突破性研究成果，為鈣鈦礦/晶硅疊層太陽能電池的大規(guī)模生產(chǎn)開闢了新的道路，也標(biāo)志著該技術(shù)朝著商業(yè)化應(yīng)用邁出了重要一步。未來，研究人員將繼續(xù)探索更有效的材料和工藝，進(jìn)一步提高鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的效率和穩(wěn)定性，推動該技術(shù)成為下一代光伏技術(shù)的核心力量。

Fig S15. 顯示了 8 個(gè)獨(dú)立的 0.049 cm2 鈣鈦礦太陽能電池的 EQE 光譜。展示了不同器件的 EQE 特性。

Fig S17. 顯示了器件 (1.044 cm2 開孔面積) 的 J-V 曲線。展示了器件的電流-電壓特性。

Fig S22. 顯示了具有較厚鈣鈦礦層的器件的 J-V 曲線。展示了器件的電流-電壓特性。

Fig. S23 顯示了具有較厚鈣鈦礦層的器件的 EQE 曲線。展示了器件的外部量子效率特性。

Fig. S32 顯示了具有和沒有鈣鈦礦過濾器的紋理化硅異質(zhì)結(jié)的 J-V 曲線。展示了鈣鈦礦過濾器對器件性能的影響。

Fig. S37 顯示了 (a) 鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池的圖像，以及 (b) 刮刀涂佈的紋理化單片式鈣鈦礦/SHJ 串聯(lián)電池 (16 cm2) 在不同位置的 EQE 光譜。

Fig. S42 顯示了鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽能電池 (16 cm2) 的 J-V 曲線。

本參數(shù)采用光焱科技QE-R 光伏 / 太陽能電池量子效率測量解決方案及SS-X 系列AM1.5G 標(biāo)準(zhǔn)光譜太陽光模擬器

參考文獻(xiàn): Solvent engineering for scalable fabrication of perovskite/silicon tandem solar cells in air. nature communications

推薦設(shè)備_

1.      SS-PST100R AM1.5G 可變標(biāo)準(zhǔn)光譜模擬光源

具有以下特色優(yōu)勢：

l采用光焱最新的單氙燈光源光譜控制技術(shù)，可在單一氙燈光源下將光譜修飾，達(dá)到氙燈加鹵燈雙光源光譜等級。

l輸出光譜由 300-1700nm 均可符合 1.5G 光譜要求其平均光譜失配 ≤ 6% (IEC 60904-9：2020) 。

l僅采用單氙燈，因此無雙光源兩燈泡壽命不匹配，以及一般鹵燈僅 50 小時(shí)壽命之問題。

l具有A++光譜等級，其氙燈壽命可超過1,000小時(shí)，克服了雙光源鹵素?zé)魺襞輭勖坏?/span>50小時(shí)之缺點(diǎn)。

l大幅縮減光源調(diào)校時(shí)間，并增加系統(tǒng)測試結(jié)果的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性。

單燈源的設(shè)計(jì)，相較多燈珠 LED 型的模擬器有更好的 SPC 光譜覆蓋率與更低的 SPD 光譜偏差率，可提供更為準(zhǔn)確的疊層太陽能電池測試結(jié)果。