鈣鈦礦/硅串聯電池是突破硅單結效率極限（29.5%）的理想方案，但工業硅片表面粗糙性導致的漏電問題亟待解決。本研究提出一種新型復合結設計，利用n摻雜C??與p摻雜TaTm的有機異質結，通過低橫向導電性阻斷漏電，并結合Suns-VOC選擇性光照與美能QE量子效率測試儀的外量子效率（EQE）分析，系統驗證其在抑制漏電與提升效率中的關鍵作用。

實驗方法

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• 串聯電池結構設計

串聯堆疊結構

雙端串聯電池采用倒置發射極結構的硅異質結（SHJ）底電池（n型CZ硅片）與p-i-n型鈣鈦礦頂電池串聯。復合結設計包括三種方案：

• 傳統ITO-RJ：20 nm ITO層沉積于非晶硅（a-Si:H(n)層上；
• 超薄ITO-RJ：5 nm ITO層；
• 有機n-n-p-RJ：n摻雜C60層（通過PhIm共蒸發實現n型摻雜）與p摻雜TaTm層（F6-TCNNQ氧化摻雜）結合。

• 材料制備與表征

鈣鈦礦層：采用三源共蒸發法制備Cs0.2FA0.8Pb(I0.8Br0.2)3（帶隙1.66 eV），通過XRD和吸收光譜驗證晶體質量。電荷傳輸層：空穴傳輸層（HTL）為TaTm/F6-TCNNQ復合結構，電子傳輸層（ETL）為C60/SnO2雙層。電學測試：利用LED光源太陽模擬器測量J-V曲線，霍爾效應測試驗證C60的n型特性。

SEM圖像

形貌分析：SEM圖像顯示鈣鈦礦層對硅金字塔結構的共形覆蓋，局部未覆蓋區域導致傳統ITO-RJ器件完全短路。

電性能分析

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J-V特性曲線電性能參數

• 傳統ITO-RJ器件（20 nm）：J-V曲線呈現單結硅電池特性（JSC≈18 mA/cm2，VOC≈0.7 V），表明鈣鈦礦頂電池完全短路。
• 超薄ITO-RJ器件（5 nm）：VOC提升至1.65 V，但填充因子（FF）僅55%，仍存在顯著漏電流。
• 有機n-n-p-RJ器件：VOC達1.84 V，FF提升至70%，PCE突破22%。有機層的低橫向導電性有效隔離局部短路路徑，暗態J-V曲線顯示其具有更高的并聯電阻。

EQE分析

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(a) 外量子效率（EQE）測試；(b) EQE異常現象的機制解釋

外量子效率（EQE）測試采用鹵素光源結合光偏置技術，通過波長選擇性濾光片（550 nm短通與850 nm長通）分別飽和底電池與頂電池的光電流。測試中，通過電壓偏置（約0.6 V或1.0 V）確保被測子電池處于短路狀態，避免反向偏壓導致的電流損失。

• 5 nm ITO-RJ器件：鈣鈦礦頂電池在紅外區（>760 nm）出現顯著寄生響應，其積分電流中約2.13 mA/cm2源自底電池電流通過頂電池漏電路徑。該現象表明頂電池并聯電阻（Rsh）過低，導致子電池間電流耦合。
• 有機n-n-p-RJ器件：紅外區寄生響應完全消除，EQE曲線在可見光區（300–780 nm）積分電流達16.90 mA/cm2，經柵線陰影校正后（校正因子0.89）與J-V結果（17.8 mA/cm2）高度吻合。

ITO-RJ的高橫向導電性（8×10-3S/cm）使局部短路路徑形成連續導電網絡，導致底電池光生電流通過頂電池漏電。而有機RJ的橫向導電性（~10-4S/cm）顯著抑制漏電路徑的連通性，阻斷電流耦合，從而提升頂電池的獨立工作性能。ITO復合結存在寄生響應，有機復合結無分流。

選擇性光照分析-VOC量化

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選擇性光照下的Suns-VOC曲線通過450 nm藍光激光（激發頂電池）與910 nm紅外激光（激發底電池）選擇性照明，測量器件開路電壓（VOC）隨光強的變化規律。理想情況下，VOC與光強呈對數關系，而線性響應則表明存在顯著漏電。

• 5 nm ITO-RJ器件：頂電池VOC隨光強線性增加，表明漏電流主導電荷輸運。底電池VOC在1 sun等效光強下僅0.61 V，低于原始硅片隱含VOC（0.744 V），歸因于切割損傷與鈣鈦礦濾光效應。
• 有機n-n-p-RJ器件：頂電池VOC呈現對數型光強依賴，符合理想二極管特性，且底電池VOC貢獻量（0.62 V）與串聯器件總VOC（1.84 V）匹配，驗證了復合結的電荷高效復合能力，有機復合結使鈣鈦礦子電池符合理想二極管行為。

研究結果表明，這種由n型摻雜的C60層和p型摻雜的芳胺層（TaTm）組成的全有機重組結，能夠顯著減輕頂電池中的分流效應，從而提高電池的開路電壓（VOC）和填充因子（FF），最終實現了超過22%的轉換效率。此外，通過外部量子效率（EQE）測量和選擇性照明的Suns-VOC測量，我們進一步證實了全有機重組結在提高電池性能方面的優勢。

美能QE量子效率測試儀

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美能QE量子效率測試儀可以用來測量太陽能電池的光譜響應，并通過其量子效率來診斷太陽能電池存在的光譜響應偏低區域問題。它具有普遍的兼容性、廣闊的光譜測量范圍、測試的準確性和可追溯性等優勢。

兼容所有太陽能電池類型，滿足多種測試需求

光譜范圍可達300-2500nm，并提供特殊化定制

氙燈+鹵素燈雙光源結構，保證光源穩定性

進一步優化電荷傳輸層摻雜工藝與界面工程，有望實現更高效率的工業化雙端串聯電池。美能QE量子效率測試儀憑借其高精度光譜響應測量與雙光源穩定性，為EQE分析與漏電路徑診斷提供了可靠技術支撐，助力多結太陽能電池的缺陷定位與性能優化。

原文參考：Molecular Recombination Junction for Vacuum-Deposited Perovskite/Silicon TwoTerminal Tandem Solar Cells

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