同質(zhì)結(jié)vs異質(zhì)結(jié)？鈣鈦礦/硅疊層電池中底電池的選取

:當(dāng)下，單結(jié)晶硅電池實(shí)驗(yàn)室效率已突破26.6％，已逼近其理論效率極限；進(jìn)一步提升效率難度較大。因此，人們將目光投向基于晶硅的疊層太陽電池，即用寬帶隙的頂電池與較窄帶隙的晶硅電池組成疊層電池，以有效提高太陽電池的效率。有機(jī)無機(jī)復(fù)合鈣鈦礦太陽電池可謂電池界的新星，短短十年內(nèi)，其光電轉(zhuǎn)換效率已從最初的3.8%提高到了25.2%。對(duì)于鈣鈦礦太陽電池，可通過調(diào)節(jié)有機(jī)陽離子以及鹵素元素的比例等來實(shí)現(xiàn)1.5-1.8eV之間的帶隙可調(diào)。此外，鈣鈦礦具有高吸收系數(shù)和陡峭吸收邊，這些特性更使其適用于晶硅疊層電池的頂電池。因此，若將該類太陽電池與晶硅電池制備成疊層太陽電池，其成本增加甚微，但其光電轉(zhuǎn)換效率卻有望顯著提高。

（來源：微信公眾號(hào)“納米人”ID：nanoer2015）

如圖1所示，鈣鈦礦/硅疊層太陽電池分為機(jī)械疊層（四端） 和整體級(jí)聯(lián)疊層太陽電池（兩端）。四端是兩個(gè)獨(dú)立的子電池，而兩端是先制備窄帶隙的底電池，在底電池上直接制備寬帶隙的頂電池。相較于機(jī)械疊層太陽電池而言，整體級(jí)聯(lián)疊層太陽電池存在許多優(yōu)點(diǎn)：如只需要一個(gè)襯底、兩端電極，因而材料消耗小、便于組建光伏發(fā)電電站。但整體級(jí)聯(lián)疊層電池的設(shè)計(jì)，需要考慮頂和底電池的工藝兼容性以及頂和底電池間的電流匹配，這也是制約其發(fā)展的一個(gè)主要原因。

圖1. 鈣鈦礦/晶硅疊層結(jié)構(gòu)示意圖。(a) 四端，(b)兩端。

1.鈣鈦礦/硅兩端疊層電池中同質(zhì)結(jié)（PERX、TOPCon）和異質(zhì)結(jié)硅底電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

圖2. (a) 鋁背場，(b) PERC，(c) PERL，(d)PERT。

圖3. TOPCon電池 (a) 結(jié)構(gòu)示意圖和 (b) 能帶示意圖。

圖4. 硅異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。(a)前發(fā)射極，(b)后發(fā)射極。

2.鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池的研究進(jìn)展

圖5. 鈣鈦礦/硅同質(zhì)結(jié)疊層電池的結(jié)構(gòu)演變。(a) 介孔鈣鈦礦/鋁背場疊層電池，(b) 介孔鈣鈦礦/PERL疊層電池，(c) 介孔鈣鈦礦/PERT疊層電池，(d)平面鈣鈦礦/PERT疊層電池。

圖6. 鈣鈦礦/硅異質(zhì)結(jié)疊層電池的結(jié)構(gòu)演變。(a) n-i-p平面鈣鈦礦/前發(fā)射極平面硅異質(zhì)結(jié)疊層電池，(b) p-i-n鈣鈦礦/單面制絨后發(fā)射極硅異質(zhì)結(jié)疊層電池，(c) n-i-p鈣鈦礦/單面制絨前發(fā)射極硅異質(zhì)結(jié)疊層電池，(d) p-i-n鈣鈦礦/雙面制絨后發(fā)射極硅異質(zhì)結(jié)疊層電池。

3.鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池性能參數(shù)預(yù)測

總結(jié)

短短4年內(nèi)，鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池從最初的13.7%提升到28%，發(fā)展迅速。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，如何進(jìn)一步減少光學(xué)和電學(xué)損失，提高鈣鈦礦的穩(wěn)定性，是鈣鈦礦/硅兩端疊層需要解決的問題。盡管提升鈣鈦礦/硅兩端疊層電池性能面臨著巨大的挑戰(zhàn)，但鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池效率突破30%指日可待。

原標(biāo)題:同質(zhì)結(jié)vs異質(zhì)結(jié)？鈣鈦礦/硅疊層電池中底電池的選取