一文尽析钙钛矿-晶硅叠层电池关键技术：叠层界面工艺

（2017，Bush，Nature Energy）

也有人从微晶-非晶薄膜找到灵感，用反向的重掺硅做隧穿结层的，比如MIT研究组的工作（2015，Mailoa，APL）。所谓各有各的绝活。

（2015，Mailoa，APL）

最近更有UNSW的学者另辟蹊径，干脆这层界面层也给省了算了，找到一种材料SnO2，既能作为钙钛矿层的电子传导层，又能作为底层晶硅电池的复合接触层。钱省了效果还很好。只需要把晶硅电池的发射极方阻调一调，即可实现完美的整流接触（2018，Zheng，EES）。

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（2018，Zheng，EES）

然而无论如何，制绒的界面才是王道，毕竟钙钛矿-晶硅叠层电池的痛点和瓶颈在电流。只有金字塔绒面的陷光效果才好，才能提升电流。更何况，如果晶硅和钙钛矿接触的表面还需要抛光的话，这成本就好说不好听了，那产业化前景实在堪忧。道理谁都懂，可惜谁都做不出来。为什么呢？两大难题：第一是一旦晶硅制绒，表面就变得坑坑洼洼，再往上涂的钙钛矿材料，基本上都会掉进金字塔的底部，而金字塔尖则是光秃秃的，这轻则少子复合巨大，重则钙钛矿顶电极和晶硅顶部直接接触，直接就没钙钛矿电池什么事了。第二，即使不会完全掉进坑里，但是只要钙钛矿成膜稍有不均匀，就会把钙钛矿电池给分流（shunt），严重影响开压和填充因子。这两大难题，不知道困扰了多少才智之士。

瑞士EPFL的Ballif组今年终于找到了解决的办法（2018，Sahli，Nature Materials）。诀窍之一是物理沉积+溶液涂层的结合。物理蒸发的薄膜一定是指哪打哪儿，无论什么表面都贴的严严实实的，显然不会有溶液涂层那种受重力作用就会掉到坑里的问题。但是钙钛矿里面的有机卤化物成分又需要溶液旋涂。怎么办呢？这个研究组先用共蒸发的办法把“孔状”碘化铅框架镀到金字塔上，再往上面甩有机卤化物溶液。这些孔就会像海绵一样把有机卤化物均匀的吸到他们应该在的地方。再一烧结，均匀成膜！

（2018，Sahli，Nature Materials）

诀窍之二是用纳米晶硅取代ITO做钙钛矿-晶硅的界面复合层。此处不得不八卦两句。当年微晶/非晶硅叠层电池界第一大牛Ballif，不以物喜不以己悲，没有静静的跟着微晶/非晶薄膜电池一起衰败，而是转手把一套非晶硅薄膜的诀窍刷到HIT电池上，成为HIT的一方豪强；如今又把这纳米晶硅薄膜的诀窍用到了叠层上，直接玩出了25.2%叠层记录的新高度！这也算是冥冥天意，峰回路转不由人！为什么纳米晶硅复合层这么神奇？

说起来有点反直觉，正是因为它晶粒太小，横向导电性太差！为什么横向导电性差反而是好事？因为如果横向导电性好了，在金字塔织构的情况下，一旦钙钛矿成膜不均匀，就有分流shunt的危险，那就没开压什么事了，没填充因子什么事了，也就没钙钛矿子电池什么事了。但是另一方面，纳米晶硅薄膜的纵向导电性又很好，因为整个膜厚也就差不多一个晶粒厚度的样子。这就是纳米晶的神奇之处，换成微晶、非晶都不行。

（2018，Sahli，Nature Materials）

兔子把双端钙钛矿-晶硅叠层电池关键的界面工艺为大家梳理了一下。离产业化有多远？大家仁者见仁智者见智。至少在兔子看来，一些关键的技术瓶颈已经有了解决的方案。

至于双端还是四端还是三端叠层？有机会有兴趣的话我们下文再分解。

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