钙钛矿晶硅叠层电池各层作用

钙钛矿晶硅叠层电池通过将钙钛矿层与晶硅层结合，利用两者材料特性的互补性，实现光谱分段吸收与高效光电转换，其各层作用如下：

钙钛矿层：高效吸收高能光子

1. 光谱吸收
   钙钛矿材料具有可调节的带隙（通常为1.55-1.8 eV），能够优先吸收太阳光中能量较高、波长较短的光子（如紫外线、蓝光等）。例如，当钙钛矿带隙为1.7 eV时，可吸收波长小于800 nm的光子，将光能转化为电能。

2. 电荷产生与分离
   钙钛矿层吸收光子后，电子从价带跃迁至导带，形成电子-空穴对。在层内电场作用下，电子和空穴迅速分离，电子向导带移动，空穴向价带移动，随后被透明导电层收集。

3. 顶电池功能
   作为叠层电池的顶层，钙钛矿层需具备高透光性，确保未被吸收的长波长光子（如红光、红外光）能穿透至晶硅层，实现光谱互补利用。

晶硅层：吸收剩余长波光子

1. 光谱互补吸收
   晶硅材料带隙较窄（约1.12 eV），可吸收钙钛矿层未利用的长波长光子（如波长大于800 nm的红光、红外光），将光能进一步转化为电能。例如，带隙为1.12 eV的硅电池可吸收波长小于1100 nm的光子。

2. 稳定电荷传输
   晶硅层具有优异的电子收集效率，其内部电场驱动分离后的电子和空穴定向移动，分别被正负电极收集，形成稳定电流。

3. 底电池支撑
   作为叠层电池的底层，晶硅层需具备良好的稳定性，为电池长期运行提供保障，同时通过掺杂优化（如调整磷、硼浓度）提升电荷传输性能。

界面层：优化电荷传输与复合

1. 电荷收集与传输
   界面层（如电子传输层ETL、空穴传输层HTL）位于钙钛矿层与晶硅层之间，负责高效收集并传输电荷。高质量界面层可降低电荷复合损失，提升电池效率。例如，引入分子铁电层（如(4,4-DFPD)₂PbI₄）可增强内建电场，促进电荷分离。

2. 能带匹配
   界面层需实现钙钛矿层与晶硅层的能带匹配，确保电荷顺利跨越界面。例如，通过调整界面材料厚度（如复合层厚度100-300 nm）或选择高导电性透明氧化物（TCO），优化电荷传输路径。

3. 工艺兼容性
   界面层设计需兼顾制备工艺，避免高温或化学处理损伤钙钛矿层。例如，异质结（HJT）晶硅电池因低温制造特性，与钙钛矿叠层适配性更佳。

叠层结构协同效应

1. 光谱利用率最大化
   钙钛矿层与晶硅层分工合作，覆盖300-1100 nm的太阳光谱，理论效率极限可达43%，远超单结晶硅电池的29.4%。

2. 效率提升路径

• 带隙优化：调整钙钛矿带隙至1.7-1.8 eV，实现与晶硅层的光谱匹配。

• 工艺改进：采用狭缝涂布、化学气相沉积等技术，提升钙钛矿层与晶硅层的均匀性与结晶质量。

• 光管理设计：通过二向色镜或反射结构，进一步增强光谱利用率。

3. 应用场景拓展
   叠层电池兼具高效率与轻薄特性，可应用于建筑一体化光伏（BIPV）、可穿戴设备、分布式电力系统等领域，推动清洁能源普及。