《Solar Energy Materials and Solar Cells》：Three-terminal back-contact all-perovskite tandem solar cells with enhanced light confinement
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摘要电流匹配在开发高效率双端子全钙钛矿叠层太阳能电池中构成了关键挑战。在本工作中，我们提出了一种具有背接触光限制（BCLC）结构子电池的新型三端子（3-T）背接触全钙钛矿叠层太阳能电池的数值模拟。BCLC 设计显著增强了载流子生成并改善了器件内的光利用，导致效率显著提升。所提
摘要
电流匹配在开发高效率双端子全钙钛矿叠层太阳能电池中构成了关键挑战。在本工作中，我们提出了一种具有背接触光限制（BCLC）结构子电池的新型三端子（3-T）背接触全钙钛矿叠层太阳能电池的数值模拟。BCLC 设计显著增强了载流子生成并改善了器件内的光利用，导致效率显著提升。所提议器件的功率转换效率（PCE）接近 33%，比传统 3-T 背接触全钙钛矿叠层太阳能电池绝对提高了 1.3%。此外，将 BCLC 结构同时引入顶部和底部子电池，PCE 进一步改善，超过 34%。系统地分析了这些 3-T 背接触全钙钛矿叠层太阳能电池的光学和电学特性，揭示了 BCLC 设计对性能的重大影响。该研究还探讨了变化的 BCLC 几何参数以及顶底电池中 BCLC 相对位置对 3-T BCLC 全钙钛矿叠层太阳能电池性能的影响。本工作开创了制造高效率全钙钛矿叠层太阳能电池的新架构。
引言
近年来，由于能有效利用更宽的太阳光谱部分，全钙钛矿叠层太阳能电池已成为重要的研究焦点。相关研究主要集中在两端子（2-T）叠层配置上，其中子电池串联连接，整体电流受限于电流输出较低的子电池[[1], [2], [3]]。迄今为止，尽管 2-T 全钙钛矿叠层太阳能电池已达到 30.1% 的令人印象深刻的功率转换效率（PCE），但电流匹配和寄生吸收的挑战限制了进一步进展[[4], [5], [6]]。三端子（3-T）叠层结构提供了一种进一步提高效率的有效方法，消除了子电池之间电流匹配的需要[7]。该结构还允许采用背接触配置，有效减少寄生吸收[[8], [9], [10], [11]]。可以根据子电池中 p-n 结的相对方向对其进行分类[12]。在 s 型器件中，子电池通过隧穿或复合结串联连接。相反，r 型器件具有载流子选择性欧姆接触层，子电池以反向方向连接[13]。r 型和 s 型配置的功率输出相同；然而，r 型构建更简单[14]。特别是当用作叠层组件时，r 型需要更少的电连接，这对大规模工业生产至关重要，并为未来发展提供了更大的潜力[13,15]。
受钙钛矿硅 3-T 叠层背接触太阳能电池的启发，我们提出了一种高效的背接触光限制（BCLC）3-T 全钙钛矿叠层太阳能电池[[15], [16], [17], [18]]。在子电池背接触中引入光限制结构可以通过增强载流子生成和优化光利用来显著提高效率[[19], [20], [21], [22]]。此外，将 BCLC 结构应用于顶部和底部子电池具有显著的光伏潜力，因为顶底 BCLC 的组合为整体器件性能带来了实质性改善。
在后续章节中，我们讨论了器件架构、性能评估和结构优化。所提议的器件采用倒置结构和 r 型连接。使用有限元系统模拟，我们重点探索了最大化 3-T 背接触叠层太阳能电池光伏潜力的配置。我们旨在利用 3-T 叠层和背接触设计的优势来优化光利用，从而实现高效率。
章节片段
方法
模拟研究针对三种配置进行：3-T 平面背接触叠层太阳能电池、3-T 单 BCLC 叠层太阳能电池和 3-T 双 BCLC 叠层太阳能电池。模拟过程包括两个主要阶段：用于计算复杂几何条件下载流子生成率的光学模拟和用于确定器件电学性能的电学模拟。在光学模拟期间，我们计算了整个模型上的功率流密度，并将其与
3-T 平面背接触叠层太阳能电池的光伏特性
Yang 等人证明，3-T 平面背接触叠层太阳能电池具有实现更高效率的巨大潜力[8]。利用该结构，我们研究了 3-T 背接触叠层太阳能电池的基本光伏特性。3-T 平面背接触叠层太阳能电池的器件结构如图 1a 所示。它由以下层组成：100 纳米 ITO，40 纳米 NiOx 空穴传输层（HTL），600 纳米宽带隙钙钛矿吸收层（FA0.8Cs0.2Pb(I0.7
结论
总之，我们提出了一种 BCLC 3-T 全钙钛矿叠层太阳能电池，利用包含泊松方程、连续性方程和漂移扩散方程的数值计算模拟。结果表明，与 3-T 平面背接触叠层太阳能电池相比，其实现更高效率具有显著潜力。BCLC 3-T 叠层太阳能电池设计为两种配置。在单 BCLC 结构中，BCLC 应用于底部子电池，导致 1.3% 的增加
CRediT 作者贡献声明
王瑞晓：撰写 – 初稿，软件，数据整理。 张金明：撰写 – 初稿，软件，数据整理。 张新鹏：数据整理。 张泽民：数据整理。 王思怡：数据整理。 钟子健：数据整理。 马林川：撰写 – 审阅与编辑，监督，概念化。 李跃龙：撰写 – 审阅与编辑，监督，概念化。
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文报告的工作。
王瑞晓|张金明|张新鹏|张泽民|王思怡|钟子健|马林川|李跃龙
南开大学光电薄膜器件与技术研究所，天津市太阳能高效利用重点实验室，教育部薄膜光电子技术工程研究中心，光伏材料与电池国家重点实验室，交叉科学研究院，卓越工程师学院，中国天津，南开大学，300350
