第一作者：延玲玲
通訊作者：趙穎、張曉丹
通訊單位：南開大學
核心內容
1. 介紹鈣鈦礦/硅兩端疊層電池中同質結（PERX、TOPCon）和異質結硅底電池的結構特點。
2. 綜述鈣鈦礦/硅同質結和鈣鈦礦/硅異質結疊層電池的研究進展。
3. 預測鈣鈦礦/硅同質結和鈣鈦礦/硅異質結疊層電池將實現的性能參數。
當下，單結晶硅電池實驗室效率已突破26.6％，已逼近其理論效率極限；進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。有機無機復合鈣鈦礦太陽電池可謂電池界的新星，短短十年內，其光電轉換效率已從最初的3.8%提高到了25.2%。對于鈣鈦礦太陽電池，可通過調節有機陽離子以及鹵素元素的比例等來實現1.5-1.8eV之間的帶隙可調。此外，鈣鈦礦具有高吸收系數和陡峭吸收邊，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，但其光電轉換效率卻有望顯著提高。
如圖1所示，鈣鈦礦/硅疊層太陽電池分為機械疊層（四端） 和整體級聯疊層太陽電池（兩端）。四端是兩個獨立的子電池，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。相較于機械疊層太陽電池而言，整體級聯疊層太陽電池存在許多優點：如只需要一個襯底、兩端電極，因而材料消耗小、便于組建光伏發電電站。但整體級聯疊層電池的設計，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，這也是制約其發展的一個主要原因。
圖1. 鈣鈦礦/晶硅疊層結構示意圖。(a) 四端，(b)兩端。
1. 鈣鈦礦/硅兩端疊層電池中同質結（PERX、TOPCon）和異質結硅底電池的結構特點。
圖2. (a) 鋁背場，(b) PERC，(c) PERL，(d)PERT。
圖3. TOPCon電池 (a) 結構示意圖和 (b) 能帶示意圖。
圖4. 硅異質結的結構示意圖。(a)前發射極，(b)后發射極。
2. 鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池的研究進展
圖5. 鈣鈦礦/硅同質結疊層電池的結構演變。(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/硅異質結疊層電池的結構演變。(a) n-i-p平面鈣鈦礦/前發射極平面硅異質結疊層電池，(b) p-i-n鈣鈦礦/單面制絨后發射極硅異質結疊層電池，(c) n-i-p鈣鈦礦/單面制絨前發射極硅異質結疊層電池，(d) p-i-n鈣鈦礦/雙面制絨后發射極硅異質結疊層電池。
3. 鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池性能參數預測
總結
短短4年內，鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池從最初的13.7%提升到28%，發展迅速。在現有的基礎上，如何進一步減少光學和電學損失，提高鈣鈦礦的穩定性，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，但鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池效率突破30%指日可待。
參考文獻：
L. L. Yan, C. Han, B. Shi, Y. Zhao, X. D. Zhang, A review on thecrystalline silicon bottom cell for monolithic perovskite/silicon tandem solarcells. Materials Today Nano, 2019, 7, 100045.
https://doi.org/10.1016/j.mtnano.2019.100045
