在钙钛矿/硅叠层太阳能电池研究中，硅异质结底电池目前占据主导地位并创造了最高效率纪录。然而，面向规模化生产的未来，隧穿氧化物钝化接触技术预计将成为市场主流，但其主流工业结构（正面扩散发射极+背面平面TOPCon）应用于叠层电池时需进行工艺调整。目前，一种更具集成潜力的双面TOPCon结构应运而生，但绝大多数研究集中于平面正面，未能与光伏产业中广泛采用的微米级随机金字塔绒面结构相兼容，这限制了其产业应用前景。美能大平台钙钛矿电池PL测试仪通过无接触式测试，监测各个工艺段中的异常，了解单节叠层钙钛矿电池的缺陷分布信息。
为解决这一问题，本研究系统探索了双面TOPCon²底电池在全绒面叠层器件中的应用，通过采用与绒面结构兼容的混合沉积工艺制备钙钛矿顶电池，并对比了不同设计方案的性能。研究证实，该方案能够实现与硅异质结底电池相当的电压水平，并首次在工业标准绒面TOPCon²底电池上实现了超过30%的转换效率，为叠层电池技术与产业主流硅电池技术的融合提供了有效路径。
核心实验方法概要
- SHJ底电池：p型FZ硅片，双面碱法制绒，PECVD沉积a-Si:H(i/p)与a-Si:H(i/n)叠层，溅射ITO，蒸镀金属栅线。
- TOPCon²底电池：类似绒面硅片，热生长界面氧化层，PECVD沉积原位掺杂a-Si层，高温退火形成多晶硅TOPCon接触，根据设计进行氢化（SiNx或SiNx/AlOx退火）与背面金属化。
- 钙钛矿顶电池：采用混合沉积法。先沉积自组装单分子层空穴传输层，再依次热蒸发PbI₂/CsI无机支架、旋涂FAI/FABr有机盐溶液并退火结晶，随后沉积C₆₀电子传输层、SnOₓ缓冲层、ITO透明电极及金属栅线，最后蒸镀MgF₂减反层。
- 表征技术：包括标准电流-电压测试、光谱响应/反射率测量、光致发光PL成像、锁相热成像、以及Suns-Voc等先进诊断技术。
TOPCon²底电池的设计、制备与表征
本研究制备了四种TOPCon²底电池变体（基于p型/n型硅片，搭配绒面/平面p-TOPCon背面），并以标准硅异质结底电池作为参照。
TOPCon层采用原位掺杂PECVD工艺沉积，并通过共退火形成。电池正面均采用标准随机金字塔绒面，背面形貌与金属化方案根据设计调整。
关键工艺步骤后（如氢化、ITO溅射及退火修复），通过光致发光成像监测隐含开路电压的变化。
结果表明，双面绒面结构在ITO溅射后出现钝化损伤，但可通过低温退火有效恢复。最终，平面背面TOPCon²电池在n型硅片上隐含开路电压超过730 mV，与硅异质结电池相当；而绒面背面结构因p-TOPCon在绒面上的钝化质量稍逊，隐含开路电压略低。电学测试发现，TOPCon²电池的并联电阻普遍低于硅异质结电池，其主要原因被归因于TOPCon层处理过程中可能引入的局部微短路点。锁相热成像技术直观地揭示了这些缺陷的位置。值得注意的是，此问题被视为特定工艺条件下的优化挑战，并不构成TOPCon²技术的根本限制。
叠层电池集成与性能对比分析
选取性能最优的p型基材平面p-TOPCon背面电池进行叠层集成。采用混合沉积工艺（先蒸镀无机支架，再溶液渗透有机组分并退火）在绒面上制备钙钛矿顶电池，以确保良好的覆盖性。为全面评估，同时制备了硅异质结基叠层电池、以及分别生长在两种底电池欧姆衬底上的钙钛矿单结电池作为参照。
电性能测试显示，两种叠层电池的开路电压（~1920 mV）与短路电流（~19.7 mA/cm²）水平相当，冠军TOPCon²基叠层电池效率达30.6%。钙钛矿单结电池的电流输出更高，证实叠层电池的电流受限于硅底电池。光学测量（反射谱与量子效率谱）表明，两者在短波区的光学行为高度一致，长波区（>1000 nm）的微小差异主要源于背面金属结构与光陷阱效果的细微不同。
通过先进的光致发光成像技术对损失机制进行剖析：TOPCon²底电池的隐含开路电压较硅异质结底电池低约10 mV，但钙钛矿顶电池在两种衬底上性能相同。叠层电池的“选择性损失”仅为10 mV，属于次要损失通道。填充因子损失分析进一步揭示，两种叠层电池都具有超过84%的高隐含填充因子潜力，实际填充因子下降主要归因于钙钛矿顶电池的串联电阻，且两者程度相近。
本工作成功将具有工业标准绒面的TOPCon²底电池集成至全绒面钙钛矿/硅叠层电池中，并实现了超过30%的效率，证明了该技术路线的可行性。系统性的对比研究表明，基于TOPCon与基于硅异质结的叠层电池在效率潜力与损失机制上并无根本区别，钙钛矿顶电池的性能不受底层硅电池技术类型的影响。当前TOPCon²电池面临的局部短路问题属于工艺优化范畴，可通过后续工程改进解决。未来，研究工作将聚焦于将此项技术移植至成本更低的工业级直拉硅片上，并进一步优化TOPCon界面与钙钛矿沉积工艺，推动高效钙钛矿/硅叠层电池的产业化进程。
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原文参考：Fully-Textured Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells Exceeding 30% Efficiency on Both Side Tunnel Oxide Passivating Contacted Bottom Cells
