在鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池中，原子層沉積的氧化錫（SnO?）雖被廣泛用作緩沖層，但其前驅體與鈣鈦礦之間的配體交換反應會破壞鈣鈦礦結構，迫使富勒烯（C??）電子傳輸層增厚至15 nm以上，從而在300–550 nm波段產生嚴重的寄生光學吸收，限制短路電流密度的進一步提升。美能鈣鈦礦復合式MPPT測試儀采用AAA級LED太陽光模擬器作為老化光源，可通過多種方式對電池進行控溫并控制電池所處的環(huán)境氛圍，進行長期的穩(wěn)定性能測試。

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?具有獨特的非晶?納米晶結構，納米晶網絡提供高效的縱向電子輸運通道，且熱蒸發(fā)過程對鈣鈦礦無化學損傷，可將C??厚度降至5 nm而不影響器件性能?；赟b?O?的單結鈣鈦礦電池（1.64 eV帶隙）實現(xiàn)了23.18%的認證級效率，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30.28%，較SnO?基線提升約1.7個百分點，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)模化和商業(yè)化前景。

氧化銻薄膜的制備與結構特征

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Sb?O?薄膜的表征

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

研究團隊通過熱蒸發(fā)（TE）工藝制備了Sb?O?薄膜，透射電鏡（TEM）與X射線衍射（XRD）結果表明，薄膜呈非晶-納米晶混合結構，其中納米晶相具有立方結構，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時可完全鋪展；5 nm厚度下覆蓋率不足，存在漏電風險。

采用導電原子力顯微鏡（c-AFM）對硅/Sb?O?結構施加3 V偏壓進行縱向電流成像，結果清楚地顯示納米晶區(qū)域具有縱向導電能力，非晶區(qū)域表現(xiàn)為絕緣。

進一步的計算分析表明，Sb間隙缺陷在Sb?O?納米晶中形成了一系列近連續(xù)的帶隙內態(tài)，這些缺陷態(tài)構成貫穿界面的導電通道，使電子能夠通過缺陷輔助輸運機制穿越較高的能量勢壘，這也是Sb?O?盡管帶隙寬達4.25 eV卻能實現(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，二者通過范德華力物理接觸，殘余應力極低，無化學鍵合。

EDS面掃結果證實層間界面清晰，銦元素向下層的擴散量可忽略不計，說明Sb?O?對后續(xù)IZO磁控濺射具有良好的耐濺射性。

暗態(tài)J-V對比實驗進一步證實，引入Sb?O?后器件漏電電流顯著降低。

單結鈣鈦礦電池性能

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基于Sb?O?和SnO?的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的光伏性能

研究團隊將Sb?O?作為緩沖層引入p-i-n單結鈣鈦礦太陽能電池（PSCs），器件結構為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FF出現(xiàn)明顯跌落，根本原因是ALD前驅體與鈣鈦礦之間的不可逆界面反應在保護層不足時無法被有效抑制。相比之下，Sb?O?體系對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%，對應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，但C??用量減少了三分之二。SPO經600 s MPP跟蹤后穩(wěn)定在23.02%。

該23.18%的效率是目前文獻報道的真空-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，證實了其工藝普適性。瞬態(tài)光電流（TPC）與瞬態(tài)光電壓（TPV）測試表明，Sb?O?與SnO?體系的光生載流子壽命相近，缺陷輔助輸運機制在高效提取載流子的同時未引入額外非輻射復合損失。

疊層電池的光學增益與穩(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面積全質地硅異質結疊層電池中，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30.28 %，Jsc = 20.26 mA/cm2，明顯高于SnO?對照組的19.22 mA/cm2，兩者Voc（1.894 V）和FF（78.67%）基本持平，經2400 s MPP跟蹤后SPO穩(wěn)定在30.1%。

EQE和UV-vis透過率測量揭示了電流提升的光學機制：C??在300–560 nm波段的平均透過率隨厚度從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響應明顯增強，5 nm C?? / 15 nm Sb?O?器件中頂電池光電流可達20.45 mA/cm2，底部硅電池為20.54 mA/cm2，實現(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后效率幾乎無衰減；LED光照或65°C持續(xù)1000 h的加速老化測試后，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?的大面積疊層太陽能電池的光伏性能

在10×10 cm2基底上制備25個子區(qū)域測厚，Sb?O?薄膜厚度分布高度一致；100個子電池的歸一化效率分布同樣均一，證實了大面積工藝的重復性。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10 cm2疊層電池中位居前列。經國家計量院第三方認證，反掃效率27.70%，經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)化價值。

本文首次開發(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，實現(xiàn)非破壞性鈣鈦礦集成。基于該緩沖層的PSC在1.59–1.68 eV帶隙范圍內效率達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 %（認證27.70 %），為大面積PST領先水平。Sb?O?的應用有效降低了C??引起的光學寄生損失，為未來效率突破35%奠定了基礎。

鈣鈦礦復合式MPPT測試儀

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美能鈣鈦礦復合式MPPT測試儀采用A+AA+級LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進的技術和多功能設計，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強有力的支持。

• 3A+光源，光源壽命10000h+，真實還原各場景實際光照條件

可選配恒溫恒濕箱，滿足IS0S標準

多型號電子負載可選，多通道獨立運行

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

美能鈣鈦礦復合式MPPT測試儀主要應用于成品鈣鈦礦單結，疊層成品電池穩(wěn)定性測試。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，其最大功率點會頻繁波動。MPPT控制器通過實時追蹤并鎖定最大功率點，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，還能提升整個光伏系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和經濟性。

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

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