硅基太陽能電池組件的研發最近幾年進入高速發展期，PERC、PERL、MWT、IBC、HIT、疊片、半片、雙面、多主柵、無主柵、電鍍，各路技術數都數不過來。即使傳統網印技術依然強勢無法撼動，各大光伏廠商也希望未雨綢繆，做好新技術新方向的技術儲備，以防某個技術突然出現井噴的時候自己措手不及，失去市場先機。

布局更為長遠的公司也在思考，當這些硅基太陽能電池組件技術都蓋棺定論的時候（該大規模量產的大規模量產，該消亡的消亡），下一步的發展方向在哪里？即使問一個完全不懂光伏的人，他也會大膽的猜測：會不會應該是這樣一項技術，它把現在產業的主流技術和科研機構研究的最熱門的新技術結合了起來？假如這個思路成立，那結合了產業主流（晶體硅）和學界最熱（鈣鈦礦）的鈣鈦礦-晶體硅層疊電池技術，一定是后晶體硅時代最不可忽視的發展方向之一。

兔子君在這里簡單的為大家介紹一下這個技術方向的最新進展，也就是登上最新ProgressinPhotovoltaics太陽能電池效率榜榜單的，斯坦福大學研發的23.6%的鈣鈦礦-硅基雙極太陽能電池（Bush,etc.,NatureEnergy,17009,2017）。

電池結構

斯坦福研究組采用了Cs0.17-FA0.83-Pb(Br0.17-I0.83)3，簡稱CsFA的鈣鈦礦電池，搭配特制的HIT電池。CsFA鈣鈦礦頂電池是基于斯坦福的標準單結電池開發而來，具有14.5%左右的轉換效率；HIT電池基于21.4%的電池，為了適應層疊電池的要進行了改造，光照面（和鈣鈦礦電池接觸面）沒有制絨，背面采用了制絨工藝并配合了局域金屬接觸實現最大吸光，具有10%左右的轉換效率。注意到鈣鈦礦電池和HIT電池為了配合層疊結構本身都做出了效率犧牲，但最后實現了23.6%的超高效率。

技術要點

1.合適的能帶匹配是層疊電池理論效率的關鍵。層疊技術的核心思想是利用日照全光譜。自上而下的層疊技術，理論上最理想的結構應該是上層寬帶寬的子電池單元吸收掉所有的短波長太陽光同時讓長波長太陽光完全透過；而下層窄帶寬的子電池單元吸收掉所有的長波長太陽光。能帶匹配是自上而下的層疊技術的理論核心，特別是雙極串聯設計涉及到電流匹配電壓疊加，更是對子電池單元的吸光和開路電壓（準費米能級分裂）提出了很高的要求。鈣鈦礦電池的有點之一是帶寬高度可調，CsFA具有1.63eV的帶寬，和晶體硅的1.1eV帶寬有著很好的匹配。

2.合適的頂層緩沖層是鈣鈦礦電池實際效率和穩定性的關鍵。透明導電膜ITO濺射工藝對鈣鈦礦材料有很大的損傷，所以要一層緩沖層。理想的緩沖層要求具有極少的對光的寄生吸收，能帶匹配使之具有載流子選擇接觸的屬性（確切講是電子輸運以及空穴阻礙屬性）。同樣重要的是，頂層緩沖層承載了防止有機陽離子反應和隔絕水汽滲透的用途，好的緩沖層對鈣鈦礦電池的穩定性有非常重要的用途。斯坦福的工作采用了ALD或者CVD制備的SnO2/ZTO結合作為頂層緩沖層，取得了非常好的效果。為了防止PC60BM與粗糙鈣鈦礦層形成的分流，一層薄薄的LiF也被放到兩層中間。

3.鈣鈦礦頂電池-晶體硅底電池界面是實現有效層疊的關鍵。因為鈣鈦礦電池必須被沉積到晶體硅電池基底之上，所以晶體硅光照面不能進行制絨。因為HIT電池不要橫向導電的需求，電流也大幅減少，為了實現較少的寄生光吸收，ITO的厚度得到了大幅的降低（20nm）。鈣鈦礦電池部分，要一層載流子選擇接觸實現對空穴的輸運以及電子的阻隔。斯坦福研究組發現一層NiOx能夠很好的實現這個功能。

4.晶硅電池背面設計是彌補晶硅電池損失的關鍵。在這個23.6%的層疊電池中，HIT部分只有10%的效率貢獻，遠遠低于傳統的HIT單結電池。然而，即使是這10%，也是經過了精心的設計。因為正面，也就是和鈣鈦礦電池的接觸面無法制絨，陷光的用途就只有在背表面實現了。但背面制絨不可防止的問題是增大的寄生光吸收。為了解決這個問題，斯坦福組采用了晶硅上逐漸進入主流的局域背接觸技術。但稍有不同的是，他們采用的是硅納米顆粒實現對背銀和ITO的隔離。硅納米顆粒據稱具有1.4的n和很少的k，是理想的隔絕材料。

性能

23.6%的轉換效率是目前鈣鈦礦-晶體硅層疊電池的世界紀錄。縱向層疊達到了1.65V的開路電壓，18.1mA/cm2的短路電流也歸因于最佳的雙層電流搭配，79%的填充因子是解決了一系列金屬接觸問題后的成果。

穩定性部分，這顆電池也通過了IEC61215測試。歸因于SnO2/ZTO緩沖層的用途，85C-85%濕熱測試1000小時未發現衰減。

展望

鈣鈦礦子電池的短路電流比晶硅子電池高出了0.4mA/cm2，意味著有一定的空間可以調高鈣鈦礦的帶寬。正表面反射，背表面寄生吸收，貌似都有改進的空間。HIT可做的工作不太多，但是鈣鈦礦子電池還有提效的余地。整體看來奔著30%效率去還是有可能的！

原標題：最前沿——劃重點5分鐘帶你掠過鈣鈦礦-晶體硅層疊電池的最新進展