鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池具有開發(fā)面向效率大于30%光伏組件的潛力，是當(dāng)前光伏領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）硅太陽能電池是一種極具競(jìng)爭力的晶體硅電池技術(shù)，是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)，兼具高效率、成本效益和大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)。光伏產(chǎn)業(yè)十分關(guān)注如何開發(fā)基于TOPCon底電池的高效鈣鈦礦/晶硅疊層電池技術(shù)。

高質(zhì)量的雙面TOPCon底電池需要在n型TOPCon電子收集端和p型TOPCon空穴收集端同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的表面鈍化。然而，在絨面上，基于摻硼多晶硅的鈍化接觸結(jié)構(gòu)（p型TOPCon結(jié)構(gòu)）的鈍化質(zhì)量不佳，導(dǎo)致了底電池的開路電壓（V_oc）顯著下降，嚴(yán)重制約了基于TOPCon底電池的疊層電池效率提升。

近期，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)在葉繼春研究員的帶領(lǐng)下，聯(lián)合浙江大學(xué)余學(xué)功教授團(tuán)隊(duì)，在自然子刊Nature Communications（2024，15，8453）發(fā)表題為“Highly passivated TOPCon bottom cells for perovskite/silicon tandem solar cells”的研究論文（論文鏈接：http://doi.org/10.1038/s41467-024-52309-2），系統(tǒng)研究了在絨面上p型TOPCon鈍化質(zhì)量的提升及其在高效疊層電池中的應(yīng)用。寧波材料所2024屆博士生丁澤韜、浙江大學(xué)2024屆博士生闞晨霞為共同第一作者，寧波材料所葉繼春研究員和曾俞衡研究員、浙江大學(xué)余學(xué)功教授為論文共同通訊作者。

該工作的創(chuàng)新點(diǎn)及重要性在于，通過改善絨面氧化硅的完整性、優(yōu)化硼擴(kuò)散曲線、提升氧化鋁注氫質(zhì)量等策略，顯著提升了p型TOPCon的鈍化質(zhì)量。具體來說，常規(guī)的雙面對(duì)稱壽命片的單面飽和電流密度（J_0,s）和隱含開路電壓（iV_oc）分別是34.2 fA/cm²和689 mV；優(yōu)化后的p型TOPCon，壽命片的J_0,s和iV_oc分別為12.9 fA/cm²和715 mV；雙絨面TOPCon底電池的開路電壓從690 mV大幅提升至710 mV。該工作目前所獲TOPCon底電池相關(guān)技術(shù)指標(biāo)處于行業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平。

進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)將該TOPCon底電池與鈣鈦礦頂電池集成，成功制備出n-i-p型正式鈣鈦礦/硅兩端疊層太陽電池（1 cm²），獲得超過1.9 V的開路電壓和28.20%的效率（認(rèn)證效率為27.3%），顯示出該體系具有開發(fā)高效疊層電池及組件的潛力。

本研究得到了國家自然科學(xué)基金（61974178、U23A20354、62025403、62304201）、浙江省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2021C01006、2024C01055）、寧波市重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2022Z114），及中科研和、晶科能源、阿特斯陽光電力、海南鈞達(dá)新能源等公司與寧波材料所共建工程中心等的支持。

圖1　p型TOPCon在絨面結(jié)構(gòu)上鈍化質(zhì)量的提升

圖2　正式鈣鈦礦/晶硅疊層太陽電池器件結(jié)構(gòu)及其性能參數(shù)

（光電信息材料與器件實(shí)驗(yàn)室 硅基太陽能及寬禁帶半導(dǎo)體團(tuán)隊(duì)）