在鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池中，原子層沉積的氧化錫（SnO?）雖被廣泛用作緩沖層，但其前驅(qū)體與鈣鈦礦之間的配體交換反應(yīng)會(huì)破壞鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，迫使富勒烯（C??）電子傳輸層增厚至15 nm以上，從而在300–550 nm波段產(chǎn)生嚴(yán)重的寄生光學(xué)吸收，限制短路電流密度的進(jìn)一步提升。美能鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀采用AAA級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器作為老化光源，可通過(guò)多種方式對(duì)電池進(jìn)行控溫并控制電池所處的環(huán)境氛圍，進(jìn)行長(zhǎng)期的穩(wěn)定性能測(cè)試。

本文首次引入熱蒸發(fā)制備的氧化銻（Sb?O?）薄膜作為替代緩沖層。Sb?O?具有獨(dú)特的非晶?納米晶結(jié)構(gòu)，納米晶網(wǎng)絡(luò)提供高效的縱向電子輸運(yùn)通道，且熱蒸發(fā)過(guò)程對(duì)鈣鈦礦無(wú)化學(xué)損傷，可將C??厚度降至5 nm而不影響器件性能。基于Sb?O?的單結(jié)鈣鈦礦電池（1.64 eV帶隙）實(shí)現(xiàn)了23.18%的認(rèn)證級(jí)效率，為真空?溶液混合法制備中寬帶隙電池的最高值；在1 cm2疊層電池中效率達(dá)30.28%，較SnO?基線提升約1.7個(gè)百分點(diǎn)，主要源于短路電流密度增加約1 mA/cm2。該方案在64.64 cm2大面積封裝組件中仍保持28.16%的效率（認(rèn)證27.70%），且制造成本僅為ALD?SnO?的約70%，展現(xiàn)出優(yōu)異的可規(guī)?；蜕虡I(yè)化前景。

氧化銻薄膜的制備與結(jié)構(gòu)特征

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Sb?O?薄膜的表征

氧化銻（Sb?O?）是一種n型半導(dǎo)體材料，帶隙約為4.25 eV，其分子晶體結(jié)構(gòu)使升華溫度僅約490°C（常壓下），具備用熱蒸發(fā)方法制備的先決條件。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)熱蒸發(fā)（TE）工藝制備了Sb?O?薄膜，透射電鏡（TEM）與X射線衍射（XRD）結(jié)果表明，薄膜呈非晶-納米晶混合結(jié)構(gòu)，其中納米晶相具有立方結(jié)構(gòu)，面間距d = 3.2 ?，（222）晶面優(yōu)先平行于玻璃基底取向。

AFM圖像顯示薄膜表面平整均勻，覆蓋15 nm時(shí)可完全鋪展；5 nm厚度下覆蓋率不足，存在漏電風(fēng)險(xiǎn)。

采用導(dǎo)電原子力顯微鏡（c-AFM）對(duì)硅/Sb?O?結(jié)構(gòu)施加3 V偏壓進(jìn)行縱向電流成像，結(jié)果清楚地顯示納米晶區(qū)域具有縱向?qū)щ娔芰?，非晶區(qū)域表現(xiàn)為絕緣。

進(jìn)一步的計(jì)算分析表明，Sb間隙缺陷在Sb?O?納米晶中形成了一系列近連續(xù)的帶隙內(nèi)態(tài)，這些缺陷態(tài)構(gòu)成貫穿界面的導(dǎo)電通道，使電子能夠通過(guò)缺陷輔助輸運(yùn)機(jī)制穿越較高的能量勢(shì)壘，這也是Sb?O?盡管帶隙寬達(dá)4.25 eV卻能實(shí)現(xiàn)有效電荷傳輸?shù)奈锢砀础?/span>

截面TEM與EDS表征顯示，15 nm Sb?O?薄膜與非晶C??之間界面接觸良好，二者通過(guò)范德華力物理接觸，殘余應(yīng)力極低，無(wú)化學(xué)鍵合。

EDS面掃結(jié)果證實(shí)層間界面清晰，銦元素向下層的擴(kuò)散量可忽略不計(jì)，說(shuō)明Sb?O?對(duì)后續(xù)IZO磁控濺射具有良好的耐濺射性。

暗態(tài)J-V對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，引入Sb?O?后器件漏電電流顯著降低。

單結(jié)鈣鈦礦電池性能

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基于Sb?O?和SnO?的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）的光伏性能

研究團(tuán)隊(duì)將Sb?O?作為緩沖層引入p-i-n單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs），器件結(jié)構(gòu)為ITO / Me-4PACz / 鈣鈦礦 / PDADI / C?? / Sb?O?（或SnO?） / Al，鈣鈦礦組分為Cs?.??(MA?.??FA?.??)Pb(I?.??Br?.??)?，帶隙1.64 eV，采用真空-溶液混合沉積工藝制備。

固定金屬氧化物緩沖層厚度為15 nm，系統(tǒng)比較了不同C??厚度（5、10、15 nm）的器件性能。在SnO?體系中，C??減薄至5 nm時(shí)FF出現(xiàn)明顯跌落，根本原因是ALD前驅(qū)體與鈣鈦礦之間的不可逆界面反應(yīng)在保護(hù)層不足時(shí)無(wú)法被有效抑制。相比之下，Sb?O?體系對(duì)C??厚度的工藝窗口更寬，5 nm C??與15 nm Sb?O?的組合可以維持優(yōu)異的器件性能。

最優(yōu)Sb?O?基器件（C?? 5 nm / Sb?O? 15 nm）反掃最高效率為23.18%，對(duì)應(yīng)Voc 1.227 V、Jsc 22.34 mA/cm2、FF 84.55%，與SnO?基最優(yōu)器件（23.17%）性能相當(dāng)，但C??用量減少了三分之二。SPO經(jīng)600 s MPP跟蹤后穩(wěn)定在23.02%。

該23.18%的效率是目前文獻(xiàn)報(bào)道的真空-溶液混合工藝制備中/寬帶隙鈣鈦礦電池的最高值。針對(duì)1.59、1.62和1.68 eV帶隙器件，Sb?O?基電池最高效率分別為22.28%、22.50%和22.29%，各帶隙下均保持高填充因子，證實(shí)了其工藝普適性。瞬態(tài)光電流（TPC）與瞬態(tài)光電壓（TPV）測(cè)試表明，Sb?O?與SnO?體系的光生載流子壽命相近，缺陷輔助輸運(yùn)機(jī)制在高效提取載流子的同時(shí)未引入額外非輻射復(fù)合損失。

疊層電池的光學(xué)增益與穩(wěn)定性

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基于Sb?O?和SnO?的鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池（PST）的光伏性能及穩(wěn)定性

將Sb?O?薄膜集成至1 cm2面積全質(zhì)地硅異質(zhì)結(jié)疊層電池中，鈣鈦礦頂電池帶隙為1.64 eV。改變C??厚度并固定Sb?O?為15 nm后，疊層器件Jsc隨C??減薄持續(xù)提升，且始終高于SnO?參照組。最優(yōu)Sb?O?疊層器件（5 nm C?? / 15 nm Sb?O?）效率達(dá)30.28 %，Jsc = 20.26 mA/cm2，明顯高于SnO?對(duì)照組的19.22 mA/cm2，兩者Voc（1.894 V）和FF（78.67%）基本持平，經(jīng)2400 s MPP跟蹤后SPO穩(wěn)定在30.1%。

EQE和UV-vis透過(guò)率測(cè)量揭示了電流提升的光學(xué)機(jī)制：C??在300–560 nm波段的平均透過(guò)率隨厚度從5 nm增至15 nm，從81.17%下降至63.87%。

減薄C??后，鈣鈦礦頂電池在該波段的EQE響應(yīng)明顯增強(qiáng)，5 nm C?? / 15 nm Sb?O?器件中頂電池光電流可達(dá)20.45 mA/cm2，底部硅電池為20.54 mA/cm2，實(shí)現(xiàn)良好的電流匹配。

C??（5 nm）/Sb?O?（15 nm）在300–560 nm波段平均透過(guò)率為74.85%，高于C??（15 nm）/SnO?（15 nm）的62.68%，寄生光吸收損失顯著降低。

穩(wěn)定性測(cè)試方面，封裝Sb?O?疊層器件在100 mW/cm2 LED白光連續(xù)照射500 h后效率幾乎無(wú)衰減；LED光照或65°C持續(xù)1000 h的加速老化測(cè)試后，封裝器件效率保留率均在90%以上。

大面積器件的均勻性與成本

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基于Sb?O?和SnO?的大面積疊層太陽(yáng)能電池的光伏性能

在10×10 cm2基底上制備25個(gè)子區(qū)域測(cè)厚，Sb?O?薄膜厚度分布高度一致；100個(gè)子電池的歸一化效率分布同樣均一，證實(shí)了大面積工藝的重復(fù)性。64.64 cm2有效面積封裝疊層器件中，Sb?O?體系效率從27.29%提升至28.16%，Jsc從18.61提升至18.96 mA/cm2，該效率在已發(fā)表的面積超過(guò)10 cm2疊層電池中位居前列。經(jīng)國(guó)家計(jì)量院第三方認(rèn)證，反掃效率27.70%，經(jīng)1800 s MPP穩(wěn)定化后SPO為27.66%。此外，Sb?O?制備成本約為ALD-SnO?的70%，在性能對(duì)等甚至更優(yōu)的前提下，制造成本的節(jié)省具有明確的商業(yè)化價(jià)值。

本文首次開(kāi)發(fā)了熱蒸發(fā)非晶-納米晶Sb?O?薄膜作為ALD-SnO?的替代緩沖層，其納米晶提供電子傳輸通道，具備高透光、耐濺射、與超薄C??（5 nm）兼容等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)非破壞性鈣鈦礦集成?；谠摼彌_層的PSC在1.59–1.68 eV帶隙范圍內(nèi)效率達(dá)22.28 % ~ 23.18 %，其中23.18 %為混合法制備中/寬帶隙PSC的最高值。1 cm2 PST效率30.28 %，優(yōu)于SnO?基的28.69 %。64.64 cm2封裝組件效率28.16 %（認(rèn)證27.70 %），為大面積PST領(lǐng)先水平。Sb?O?的應(yīng)用有效降低了C??引起的光學(xué)寄生損失，為未來(lái)效率突破35%奠定了基礎(chǔ)。

鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀

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美能鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀采用A+AA+級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器作為老化光源，以其先進(jìn)的技術(shù)和多功能設(shè)計(jì)，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究提供了強(qiáng)有力的支持。

• 3A+光源，光源壽命10000h+，真實(shí)還原各場(chǎng)景實(shí)際光照條件

可選配恒溫恒濕箱，滿足IS0S標(biāo)準(zhǔn)

多型號(hào)電子負(fù)載可選，多通道獨(dú)立運(yùn)行

不同波段光譜輸出可調(diào)：350-400nm/400-750nm/750-1150nm均獨(dú)立可控

美能鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀主要應(yīng)用于成品鈣鈦礦單結(jié)，疊層成品電池穩(wěn)定性測(cè)試。由于鈣鈦礦電池的輸出特性易受光照、溫度等環(huán)境因素影響，其最大功率點(diǎn)會(huì)頻繁波動(dòng)。MPPT控制器通過(guò)實(shí)時(shí)追蹤并鎖定最大功率點(diǎn)，能確保系統(tǒng)始終以最優(yōu)功率輸出。這不僅能最大化發(fā)電量，還能提升整個(gè)光伏系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

原文參考：Antimony oxide bu€er layer for single- and doublejunction perovskite-based solar cells

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