综述：纺织集成可穿戴能源设备——水凝胶纤维在水性柔性储能中的进展

这篇综述深入探讨了背接触（IBC/QIBC）钙钛矿太阳能电池（PSC）的架构优化与性能突破，重点分析了其相较于传统三明治结构的优势（如消除透明导电氧化物TCO的光损耗、提升机械柔性和可回收性），系统总结了电荷传输动力学、缺陷容忍机制及规模化制备挑战，为高效、低成本PSC技术提供了设计指南。

　　

背接触钙钛矿太阳能电池的进展与挑战

引言

全球能源转型背景下，钙钛矿太阳能电池（PSC）因其高功率转换效率（PCE>27%）和低成本加工潜力成为研究热点。传统三明治结构PSC依赖透明导电氧化物（TCO）和叠层电极，存在光子损失和设计限制。背接触架构（如叉指背接触IBC和准叉指背接触QIBC）通过将正负电极集成于吸光层同侧，实现了全区域顶照射和简化回收，但电荷横向传输路径延长带来新的科学问题。

缺陷容忍机制

钙钛矿材料的缺陷容忍性是其优异性能的核心。尽管多晶薄膜缺陷密度高达10¹⁶ cm^?3，但其非辐射复合率远低于传统半导体。研究表明，MAPbI₃的深能级陷阱主要源于碘间隙缺陷，而Cl/Br掺杂可中和空穴陷阱。背接触结构中，载流子需横向迁移至电极，缺陷敏感性显著增加，界面钝化层（如Al₂O₃）成为提升性能的关键。

器件构型对比

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  三明治结构：成熟但受限于TCO成本和顶部电极沉积损伤。

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  IBC结构：通过共面电极消除前电极光损耗，但电极间距需≤5 μm以避免复合（载流子扩散长度L_d需>10 μm）。

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  QIBC结构：绝缘层（如Al₂O₃）隔离电极降低短路风险，介孔TiO₂电子传输双层可将PCE提升至12.3%。

电荷动力学

模拟显示，当电极间距>L_d时，J_SC急剧下降。实验证实，介孔ETL能将电荷转移寿命缩短50%，而GTC添加剂可优化钙钛矿结晶取向，使扩散长度突破7 μm。不平衡电荷提取（如NiO_X侧空穴迁移率低）仍是效率瓶颈。

规模化制备技术

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  光刻技术：精度达2 μm但成本高昂。

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  纳米压印：分辨率0.23 μm，适合大面积复制。

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  微球光刻：利用聚苯乙烯微球模板实现8.98%效率。

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  斜角沉积：在V型沟槽中定向沉积SnO₂/C₆₀ ETL和NiO_X HTL，卷对卷工艺已制备10×10 cm模块。

未来方向

开发纳米光子穹顶结构（如PDMS抗反射层）可提升光捕获效率10-15%；低温Brookite相TiO₂ ETL能改善能级匹配；而离子液体辅助钙钛矿晶粒生长（>1 μm）可减少横向传输损失。突破这些技术瓶颈，背接触PSC有望实现29%的理论效率极限。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持结论）