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近年來(lái)，隨著鈣鈦礦/硅和鈣鈦礦/銅銦鎵硒(CIGS)疊層太陽(yáng)能電池的出現(xiàn)，兩端全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池(2TPT-SCs)引起了研究人員極大的興趣，它結(jié)合了寬帶隙(WBG)鈣鈦礦頂部亞電池(EG-top≈1.6-1.8 eV)和窄帶隙(NBG)鈣鈦礦底部亞電池(EG-bottom <1.3 eV)的優(yōu)勢(shì)。由于目前這類(lèi)電池效率超過(guò)了商用單結(jié)多晶硅或CIGS電池的轉(zhuǎn)換效率，因此為2TPT太陽(yáng)能電池組件(2TPT-SMs)開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展的制造工藝和互連方案是未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)。

德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院微結(jié)構(gòu)技術(shù)研究所通過(guò)引入可擴(kuò)展的高效、兩端、全鈣鈦礦疊層組件，推進(jìn)了兩端全鈣鈦礦疊層光伏發(fā)電。通過(guò)基于真空沉積工藝和刮涂涂層的組合以及可擴(kuò)展的互連方案，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室規(guī)模、旋涂?jī)啥巳}鈦礦疊層太陽(yáng)能電池(0.1 cm2，PCE為23.5%)到實(shí)驗(yàn)室規(guī)模組件(12.25 cm2孔徑面積)的升級(jí)。采用真空輔助生長(zhǎng)控制在頂部亞電池的WBG上成功擴(kuò)大和無(wú)降解生長(zhǎng)NBG。組件互連通過(guò)惰性氣氛中的全激光刻痕圖案工藝實(shí)現(xiàn)，使幾何填充因子(GFF)達(dá)到94.7%。本研究展示的自旋涂層疊層組件中的每條電池開(kāi)路電壓(Voc)約為2.01 V左右，而總組件的Voc等于預(yù)期的8.0 V。這意味著每條電池的Voc損失僅為最小值，僅為10 mV(相對(duì)0.5%)。此外，組件保留了75%的高填充因子(FF)，表明引入的組件互連的不利影響可以忽略不計(jì)。對(duì)孔徑面積為2.56 cm2的冠軍組件(無(wú)封裝和掩膜，在環(huán)境大氣中測(cè)量)的內(nèi)部測(cè)量顯示出22.2%的高PCE，Voc=8.0 V，短路電流Isc=9.57 mA，F(xiàn)F=75%。在連續(xù)照明下，穩(wěn)定功率輸出為54.7 mW時(shí)，經(jīng)過(guò)15小時(shí)最大功率點(diǎn)(MPP)跟蹤電池呈現(xiàn)了95%的初始效率(SPCE)。組件的制造采用刮涂涂層(2PACz、WBG鈣鈦礦、PEDOT:PSS、NBG鈣鈦礦和PCBM)和真空沉積(LiF、C60、SnOX、Au、BCP和MgF2)方法的組合進(jìn)行。原型組件在20小時(shí)內(nèi)達(dá)到19.1%的PCE(孔徑面積為12.25 cm2，七個(gè)電池條和94.7%的GFF)和18.3%的MPP跟蹤(對(duì)應(yīng)于224 mW)，相對(duì)下降小于7%。飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜法(ToF-SIMS)的測(cè)量展示了高度選擇性激光圖案，以及明確的GFF(~94.7%±0.1%)。通過(guò)電致發(fā)光和光致發(fā)光成像以及光束誘導(dǎo)電流成像系統(tǒng)(LBIC)映射，證明了整個(gè)組件區(qū)域內(nèi)的均勻電流收集和低缺陷密度，這解釋了該研究的旋涂層疊層組件的Voc和FF低損耗(<2%)，以及使用刮涂涂層和真空沉積擴(kuò)大組件的合理?yè)p耗(<5%)。


該研究對(duì)兩端全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池組件(2TPT-SMs)采用可擴(kuò)展的沉積技術(shù)(刮涂涂層和真空沉積)，并使用了一種廉價(jià)全激光刻痕太陽(yáng)能薄膜圖案，實(shí)現(xiàn)了兩端全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池(2TPT-SCs)從0.1 cm2到12.25 cm2的輕松擴(kuò)展。同時(shí)，該研究在窄帶隙(NBG)太陽(yáng)能電池的組成和缺陷鈍化方面的進(jìn)展，促進(jìn)了NBG底部亞電池表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果發(fā)表在《Nature Energy》。

原標(biāo)題：可擴(kuò)展工藝實(shí)現(xiàn)19.1%大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件