宁波材料所在n-i-p钙钛矿/晶硅叠层太阳电池研究方面取得新进展

钙钛矿/晶硅叠层太阳电池具有开发面向效率大于30%光伏组件的潜力，是当前光伏领域研究的热点和重点。隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）硅太阳能电池是一种极具竞争力的晶体硅电池技术，是当前产业的主流技术，兼具高效率、成本效益和大规模生产等优势。光伏产业十分关注如何开发基于TOPCon底电池的高效钙钛矿/晶硅叠层电池技术。

高质量的双面TOPCon底电池需要在n型TOPCon电子收集端和p型TOPCon空穴收集端同时实现良好的表面钝化。然而，在绒面上，基于掺硼多晶硅的钝化接触结构（p型TOPCon结构）的钝化质量不佳，导致了底电池的开路电压（Voc）显著下降，严重制约了基于TOPCon底电池的叠层电池效率提升。

近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所硅基太阳能及宽禁带半导体团队在叶继春研究员的带领下，联合浙江大学余学功教授团队，在自然子刊Nature Communications（2024，15，8453）发表题为“Highly passivated TOPCon bottom cells for perovskite/silicon tandem solar cells”的研究论文（论文链接：http://doi.org/10.1038/s41467-024-52309-2），系统研究了在绒面上p型TOPCon钝化质量的提升及其在高效叠层电池中的应用。宁波材料所2024届博士生丁泽韬、浙江大学2024届博士生阚晨霞为共同第一作者，宁波材料所叶继春研究员和曾俞衡研究员、浙江大学余学功教授为论文共同通讯作者。

该工作的创新点及重要性在于，通过改善绒面氧化硅的完整性、优化硼扩散曲线、提升氧化铝注氢质量等策略，显著提升了p型TOPCon的钝化质量。具体来说，常规的双面对称寿命片的单面饱和电流密度（J0,s）和隐含开路电压（iVoc）分别是34.2 fA/cm2和689 mV；优化后的p型TOPCon，寿命片的J0,s和iVoc分别为12.9 fA/cm2和715 mV；双绒面TOPCon底电池的开路电压从690 mV大幅提升至710 mV。该工作目前所获TOPCon底电池相关技术指标处于行业内先进水平。

进一步，团队将该TOPCon底电池与钙钛矿顶电池集成，成功制备出n-i-p型正式钙钛矿/硅两端叠层太阳电池（1 cm2），获得超过1.9 V的开路电压和28.20%的效率（认证效率为27.3%），显示出该体系具有开发高效叠层电池及组件的潜力。

本研究得到了国家自然科学基金（61974178、U23A20354、62025403、62304201）、浙江省重点研发项目（2021C01006、2024C01055）、宁波市重点研发项目（2022Z114），及中科研和、晶科能源、阿特斯阳光电力、海南钧达新能源等公司与宁波材料所共建工程中心等的支持。

图1　p型TOPCon在绒面结构上钝化质量的提升

图2　正式钙钛矿/晶硅叠层太阳电池器件结构及其性能参数