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(jiǎn)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(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)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(guó)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(guó)國(guó)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?huì)加速鈣鈦礦薄膜的降解。

南京大學(xué)譚海仁教授團(tuán)隊(duì)近期取得重大突破，他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，溶劑的性質(zhì)對(duì)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(duì)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(shì)，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(cǎi)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(cè)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(cè)試和評(píng)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(cè)方案可以測(cè)量不同波長(zhǎng)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(zhǎng)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(cè)試環(huán)境，確保測(cè)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(duì)于準(zhǔn)確評(píng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(cè)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(shì)：

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(jí)。

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(jí)，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(cè)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(cè)試結(jié)果。