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近年來，隨著鈣鈦礦/硅和鈣鈦礦/銅銦鎵硒(CIGS)疊層太陽能電池的出現(xiàn)，兩端全鈣鈦礦疊層太陽能電池(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。由于目前這類電池效率超過了商用單結(jié)多晶硅或CIGS電池的轉(zhuǎn)換效率，因此為2TPT太陽能電池組件(2TPT-SMs)開發(fā)可擴展的制造工藝和互連方案是未來發(fā)展重點。

德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院微結(jié)構(gòu)技術(shù)研究所通過引入可擴展的高效、兩端、全鈣鈦礦疊層組件，推進了兩端全鈣鈦礦疊層光伏發(fā)電。通過基于真空沉積工藝和刮涂涂層的組合以及可擴展的互連方案，實現(xiàn)了實驗室規(guī)模、旋涂兩端全鈣鈦礦疊層太陽能電池(0.1 cm2，PCE為23.5%)到實驗室規(guī)模組件(12.25 cm2孔徑面積)的升級。采用真空輔助生長控制在頂部亞電池的WBG上成功擴大和無降解生長NBG。組件互連通過惰性氣氛中的全激光刻痕圖案工藝實現(xiàn)，使幾何填充因子(GFF)達到94.7%。本研究展示的自旋涂層疊層組件中的每條電池開路電壓(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。對孔徑面積為2.56 cm2的冠軍組件(無封裝和掩膜，在環(huán)境大氣中測量)的內(nèi)部測量顯示出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，經(jīng)過15小時最大功率點(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)方法的組合進行。原型組件在20小時內(nèi)達到19.1%的PCE(孔徑面積為12.25 cm2，七個電池條和94.7%的GFF)和18.3%的MPP跟蹤(對應(yīng)于224 mW)，相對下降小于7%。飛行時間二次離子質(zhì)譜法(ToF-SIMS)的測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大組件的合理損耗(<5%)。


該研究對兩端全鈣鈦礦疊層太陽能電池組件(2TPT-SMs)采用可擴展的沉積技術(shù)(刮涂涂層和真空沉積)，并使用了一種廉價全激光刻痕太陽能薄膜圖案，實現(xiàn)了兩端全鈣鈦礦疊層太陽能電池(2TPT-SCs)從0.1 cm2到12.25 cm2的輕松擴展。同時，該研究在窄帶隙(NBG)太陽能電池的組成和缺陷鈍化方面的進展，促進了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：可擴展工藝實現(xiàn)19.1%大面積全鈣鈦礦疊層光伏組件