钙钛矿/硅叠层太阳能电池因其高效率与低成本潜力受到广泛关注。然而，使用具有微米级金字塔结构（>2 μm）的工业织构硅（ITS）基底时，空穴选择层与钙钛矿层的均匀覆盖成为关键挑战，导致界面复合损失严重。本研究提出一种新型叠层电池结构，通过引入SiOₓ纳米球构建局部亚微米接触，结合美能绒面反射仪对工业级绒面硅片上SiNx/SiON叠层反射率的原位统计测量，实现对ITS表面“冰山式”金字塔形貌的调控，所制备的叠层电池在1 cm²面积上实现了认证效率33.15%，并展现出优异的稳定性。

SiOₓ纳米球构筑“冰山结构”

绒面硅上 SAMs 锚定及钙钛矿沉积的表征

为实现高质量钙钛矿层的溶液法沉积，引入SiOₓ纳米球作为介电填充材料，填充金字塔谷底，形成“冰山式”结构。通过比较不同尺寸（20–500 nm）的SiOₓ纳米球，发现100 nm颗粒在填充效果与后续层覆盖之间取得最佳平衡。

进一步研究了常用SAM材料2PACz在不同基底上的覆盖情况。AFM-IR和KPFM结果显示，ITS上2PACz分布不连续，电势分布不均；而经SiOₓ调控后的ITS(SiOₓ)基底上，2PACz覆盖均匀，电势分布显著改善，有利于减少接触损失。

钙钛矿沉积与结晶行为

局部亚微米接触的载流子动力学特性及不同绒面硅衬底的反射率光谱

通过电子束诱导电流（EBIC）成像和瞬态PL mapping，评估了局部接触结构下的载流子收集与扩散行为。结果显示，ITS(SiOₓ)上的钙钛矿顶电池具有与STS相当的载流子收集能力，计算得到的载流子扩散长度约为860 nm。基于此，通过仿真验证了随着扩散长度增加，电池填充因子（FF）显著提升，进一步支持了局部接触结构的有效性。

光学性能优化及电池效率

光电调控下的叠层电池性能及效率

反射谱测试表明，SiOₓ的引入进一步降低了ITS的反射损失，增强了光捕获能力，SiOₓ纳米球可能激发Mie共振模式，进一步降低光学损失。

通过优化SiOₓ浓度（最终确定为5 mg/mL），实现了高性能、高重复性的ITS(SiOₓ)叠层电池，平均效率达32.2%，优于STS叠层（31.8%）。最佳实验室电池效率为32.57%（反向扫描），其Jsc、Voc和FF分别为20.66 mA/cm²、1.955 V和80.67%。

通过调节钙钛矿组分（降低溴含量，带隙从1.68 eV降至1.66 eV），进一步优化了电流匹配，提升了整体电流输出。最终，结合局部接触结构与带隙调控，实现了稳态效率33.08%，认证效率33.15%，是目前基于ITS的 monolithic 钙钛矿/硅叠层电池的最高效率。

钙钛矿/硅叠层电池稳定性

钙钛矿/硅叠层电池的SEM图像、MPPT曲线

在ISOS标准测试下，ITS(SiOₓ)叠层电池在85°C/85%RH条件下1100小时后仍保持86.7%的初始效率，显著优于STS电池（81.8 %）。在80°C持续光照MPPT测试中，ITS(SiOₓ)电池1000小时后仍保持91.7%的效率，远高于STS的78.4%，显示出优异的耐热性与运行稳定性。

本研究通过SiOₓ纳米球调控ITS表面形貌，构建局部亚微米接触，其中具有微米级（约 2μm）金字塔结构的工业绒面硅（ITS）更具优势，反射谱测试SiOₓ的引入降低了ITS的反射损失，增强了光捕获能力，进一步降低光学损失，成功实现了高性能、高稳定性、与现有产线兼容的钙钛矿/硅叠层电池，最高认证效率达33.15%。该策略为解决工业织构硅上的钙钛矿集成难题提供了可行路径，推动了叠层电池的商业化进程。

美能绒面反射仪

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原文参考：Iceberg-like pyramids in industrially textured silicon enabled 33% efficient perovskite-silicon tandem solar cells