钙硅叠层效率发展迅速，而目前的高效率认证主要是基于小面积器件，叠层器件的大面积制备以及对器件稳定性的提升无疑是未来的研究重点。Dewolf团队就这两点目前面临的挑战及未来的研究方向展开论述，以下是小编的学习笔记。
叠层器件规模化制备
硅电池的选择
硅异质结（SHJ）太阳能电池串联配置：采用双侧电极布局的SHJ太阳能电池是构建单片钙钛矿/硅串联电池的首选选择，其高工作电压、钝化接触、高效的光捕获特性和双面性质为其优势。可轻松实现p-i-n或n-i-p串联配置的制造过程。
市场动态和ITRPV预测：尽管SHJ是最有效的结晶硅（c-Si）电池，但预测表明到2030年其市场份额可能仅达到15%，落后于PERC和TOPCon等扩散结构技术。使用扩散结构技术构建串联电池对于市场化大规模应用可能具有吸引力，但与SHJ太阳能电池相比，俄歇复合和自由载流子吸收损失等问题会带来性能损失。
单片模组钙钛矿/硅串联的性能记录：值得注意的成就包括2023年牛津PV公司实现的商业规模串联电池（258.15 cm2）的28.6%电池效率，超过了单结晶硅电池的记录。其他公司如汉华Q-Cells和晶科太阳能正在探索不同的底部电池技术。
钙钛矿沉积技术
单片串联中的沉积努力：为了与当前的工业光伏加工实践保持一致，最近的研究集中在将钙钛矿顶部电池沉积到具有纹理的c-Si底部电池上。工业单结晶c-Si电池通常由单晶Cz硅晶片制造，经过碱性湿化学腐蚀去除切割损伤，并对表面进行纹理处理以提高太阳能电池的性能。工业串联电池可能需要采用双侧纹理硅晶片，因为其具有光学优势，而抛光硅晶片的成本较高。
狭缝涂布工艺涂布的挑战：首先，狭缝涂覆沉积的钙钛矿无法与抗溶剂处理兼容，因此薄膜结晶是通过温度控制或气体淬火完成的。其次，需要专用的油墨配方以获得在更大面积上的均匀涂层和形态，其中底物的表面终端必须在润湿以形成闭合薄膜和疏水以促进晶体生长之间取得平衡。第三，线性印刷涂层的前沿和后沿通常具有不受控制的厚度、形态和电学性质，对此仍需要制定缓解策略。这在在硅底部电池上涂层时尤为关键，并可能影响串联性能。最后，鉴于硅晶片的调制纹理表面或强化玻璃的表面缺陷（如平坦度），确保钙钛矿始终覆盖所有表面特征可能需要多微米的厚度，这可能限制有效的载流子提取。克服这一挑战需要有效的缺陷钝化策略，结合对基板形态的控制。
物理气相沉积技术（热蒸发）：热蒸发等物理气相沉积技术对于在纹理表面上提供可扩展、均匀的涂层具有吸引力，但目前实验室规模工具的高成本和低吞吐量限制了其应用。
混合顺序沉积技术：混合顺序沉积，如真空沉积配合溶液或气体转化，结合了真空和溶液技术的优势，提供了对纹理表面的顺应性、薄膜厚度控制和成分调节。
大规模制备的挑战：在扩大规模时，工艺的稳健性对于沉积钙钛矿吸收层、缺陷钝化方法以及沉积接触材料都至关重要，最终的加工技术应该实现高性能、高吞吐量和可重复性的组合。
2.能量产出与模块可靠性
钙钛矿能级调控：混合碘溴钙钛矿可以产生约1.73 eV的能隙，这是基于理论光电转换效率极限计算的单面单体串联的理想值。但是，能隙大于1.68 eV的钙钛矿通常容易受到光诱导的相分离影响，这仍然是一个未解决的挑战。在实际室外环境中，如温度和光谱变化等与标准测试条件（STC）（25°C，1太阳强度，AM1.5G光谱）的偏差会影响串联中每个亚电池的电流生成；器件级的光谱依赖光学损失（如反射和寄生吸收）也可能产生类似的影响。实际模块的操作温度在阳光充足的气候中可能高达60°C。温度引起的钙钛矿和硅能隙的变宽和变窄效应导致在这些条件下，单面单体串联的理想钙钛矿能隙要小于1.68 eV。这可能提供更强的抵抗光诱导相分离的能力，因为获得这样较小的能隙所需的溴化物较少。
LCOE与稳定性：钙钛矿/硅串联太阳能电池模块为了商业竞争力，其保修期应与主流结晶硅（c-Si）模块相匹敌，通常在25年，有些甚至提供40年的保修期。LCOE计算：通过LCOE计算，得出为了与c-Si模块竞争，钙钛矿/硅串联模块的光电转换效率需要达到一定水平。考虑了不同的年降解率和模块成本，以比较串联太阳能电池与c-Si模块的LCOE。稳定性优先：文章强调了改善钙钛矿/硅串联电池的稳定性的紧迫性，而不仅仅是提高其光电转换效率。室外测试揭示了稳定性方面的问题，特别是对离子迁移和相分解等问题的关注。挑战与进展：对于使用宽带隙钙钛矿的串联电池，稳定性问题仍然是一个复杂的挑战。虽然在解决低带隙（约1.55 eV）钙钛矿电池的稳定性方面取得了一些进展，但对于高带隙的情况仍存在挑战。
钙硅叠层稳定性重要评估手段
模块封装关键点：
背板替代： 由于典型聚合物背板的多孔性，不适合于钙钛矿光伏，因此需要将聚合物背板替换为第二块玻璃板，并使用橡胶密封模块边缘。
降解产物： 初始降解产物，如碘气、碘甲烷和氢碘酸，可能残留在模块内，可能加速模块降解，尤其是在不同电池之间的互连部分。
封装剂选择困难： 主流光伏封装剂需要在120°到140°C的温度下层压，然而>110°C的温度通常足以诱导钙钛矿、有机中间层和它们的界面的降解，因此需要寻找更合适的封装剂或更热稳定的钙钛矿电池。
界面强度问题： 在层压和温度循环期间，由于热膨胀系数不匹配，力的作用可能导致顶部电子传输层（ETL）中使用的富勒烯（C60）在界面处剥离。
副产品考虑： 封装剂固化过程和器件操作期间释放的副产品可能降解钙钛矿吸收体，因此需要谨慎考虑。
新型封装剂需求： 为了提高钙钛矿/硅串联模块的长期稳定性，可能需要开发具有较低水汽透过率和较高体积电阻率的新型封装剂。
市场现状： 钙钛矿/硅串联技术被预计将在2032年占据超过100亿美元的市场份额。然而，对于钙钛矿/硅串联技术成功进入市场的实际日期的预测仍然具有挑战性。当前，初创公司和已建立的光伏公司都在探索这项技术，追求各种不同的制造路线和模块配置。技术必须在商业化之前通过各种技术成熟度级别（TRLs）成功，包括实验室研究（TRLs 1到5）、试验线（TRLs 5到8）和大规模生产（TRLs 8和9）。
成本和制造效率： 为了降低硅光伏生产成本，过去几年光伏行业在生产效率方面取得了显著的增长。类似的生产效率将对钙钛矿/硅串联达到竞争力的LCOE值至关重要。提高物理蒸发沉积线的产能，例如三倍，可以降低资本支出，并因此降低LCOE。
快速测量方法的需求： 对于工业生产的钙钛矿/硅串联技术，需要开发新的快速可靠的测量方法，目前这些方法通常需要几秒钟和电源稳定化。
