高霧度氟摻雜氧化錫（FTO）玻璃基板的光學特性限制了鈣鈦礦太陽能電池 （ PSCs ）的短路電流密度 （ Jsc ）和光電轉換效率 （ PCE ）。為精準量化基板的光學參數，本研究采用美能鈣鈦礦在線透過率測試機對FTO基板的透光率、反射率、霧度及表面粗糙度進行高精度表征。通過對比不同FTO基板的性能發現：高霧度、高粗糙度的FTO基板能顯著減少NiO?/鈣鈦礦界面的光反射，通過多重反射增強鈣鈦礦層的光吸收，從而提升Jsc和PCE。

鈣鈦礦太陽能電池PSC制備

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本研究中使用的PSC結構為玻璃/FTO/NiOx(20 nm)/MAPbI3(400 nm)/PCBM(40 nm)/BCP(10 nm)/Ag(80 nm)，比較了三種不同FTO鍍膜玻璃基底：FTO-N、FTO-A和高霧度FTO-HA。

FTO玻璃的光學與形貌特性

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(a)不同FTO玻璃的透光率(T)光譜;(b)不同FTO玻璃的霧度光譜

• 透光率與霧度對比

FTO-A在全波段透光率最高，FTO-HA因較高吸收導致透光率降低。FTO-HA的霧度顯著高于FTO-N和FTO-A，表明其更強的光散射能力。

• 表面形貌與粗糙度

FTO-N、FTO-A、FTO-HA的SEM圖像FTO-N、FTO-A、FTO-HA的AFM圖像

SEM和AFM結果顯示，FTO-HA表面粗糙度最大（ RMS = 59 nm ），FTO-N最?。?0 nm）。表面粗糙度與霧度正相關，高粗糙度通過亞波長結構增強光散射，減少反射損失。

高溫工藝下的性能局限性

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高溫工藝下不同FTO基板的PSCs性能統計:(a) Jsc(b)Voc(c) FF (d)PCE(a)高溫工藝器件的IPCE光譜(b)高溫工藝器件的J-V特性

FTO-A 和 FTO-HA 基板使 PSC 的Jsc分別提升至20.83 mA / cm2 和 20.53 mA / cm2，較 FTO-N 的 18.90 mA/cm2 顯著改善。

(a)沉積鈣鈦礦層前(b)沉積鈣鈦礦層后FTO基板的反射率(R)光譜

NiO?沉積高霧度FTO/鈣鈦礦界面處入射光多重反射示意圖

入射光子 - 電流轉換效率（IPCE）測試表明，高霧度基板通過減少界面反射，使 300-700 nm 波長范圍內的光吸收效率提升，盡管 FTO-HA 的透射率最低，但其 IPCE 仍接近 FTO-A 水平。然而，高溫退火導致 FTO-A 和 FTO-HA 的方阻從約 9 Ω/□驟增至 160 Ω/□以上，進而引起串聯電阻Rs升高，導致填充因子（FF）下降，最終限制了 PCE 的提升。

低溫工藝的突破

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低溫沉積NiO?的PSCs的J-V特性

對高溫工藝的局限性，采用 320°C低溫退火制備NiOx層后，FTO-A 和 FTO-HA 基板的方阻保持穩定，器件 FF 分別提升至 0.723 和 0.786，PCE 達到 16.0%和17.1%。這一改進歸因于低溫工藝避免了 FTO 晶粒邊界的載流子散射，同時減少了NiOx層厚度的不均勻性。實驗表明，FTO-HA 因更大的粗糙度，使NiOx鈣鈦礦界面的光多次反射效應更強，從而在低溫工藝中展現出最優的綜合性能。高霧度氟摻雜氧化錫 FTO 基板通過表面粗糙度調控，在NiOx 鈣鈦礦界面形成高效抗反射結構，顯著提升 PSC 的Jsc。盡管高溫工藝下電阻增大限制了 PCE，但低溫制備技術成功解決了這一問題，使 FTO-A 和 FTO-HA 基板在16%-17%的 PCE 水平下實現穩定性能。

美能鈣鈦礦在線透過率測試機

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鈣鈦礦太陽能電池的在線透過率檢測設備是一種實時監測鈣鈦礦薄膜、透明氧化玻璃或組件光學透過率的系統，用于優化工藝、確保均勻性并提升電池效率。

• 精確度高：測量精度達到0.01%，能提供精確的透射比數據
• 穩定性好：測量穩定性＜0.1%，在重復測試10次中能夠提供穩定的數據，保證了測試結果的可靠性
• 高效率與自動化：大面積掃描（如0.6m×1.2m基板）可在秒級完成

美能鈣鈦礦在線透過率測試機提供的核心光學數據支持實現了FTO基板透射率、霧度的高通量篩選與工藝實時監控，為抗反射設計的產業化落地提供了關鍵質量控制手段。

原文參考：Antireflection effect of high haze FTO for improving short circuit current density of perovskite solar cells

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