橢偏儀在鈣鈦礦太陽能電池行業(yè)中的應(yīng)用

更新時間：2026-06-03 點擊次數(shù)：180

一、鈣鈦礦太陽能電池介紹

太陽能電池是一種能將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的光伏器件。太陽能電池可以應(yīng)用于發(fā)電廠，照明，汽車，通風(fēng)系統(tǒng)等商用和家用的場景。太陽能電池可以分為第一代、第二代和第三代電池。第一代電池也稱為傳統(tǒng)電池或晶硅電池，由商業(yè)上占主導(dǎo)地位的晶體硅制成，包括多晶硅和單晶硅等材料。第二代電池是薄膜太陽能電池，包括非晶硅，CdTe和CIGS電池。第三代太陽能電池包括多種薄膜技術(shù)，通常被稱為新興光伏技術(shù)。晶硅電池的理論極限效率為29.4%，考慮到光學(xué)與電學(xué)的實際可能的損失后,其實際的理論效率只有27.1%。采用背接觸晶硅電池與異質(zhì)結(jié)晶硅電池結(jié)合工藝制備的晶硅電池效率世界記錄為26.7%，接近晶硅電池實際的理論極限效率。

鈣鈦礦具有帶隙可調(diào)、工藝簡單等優(yōu)點，目前正處于從實驗室到大尺寸工業(yè)制造階段。鈣鈦礦材料泛指一類化學(xué)組成與鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)相似的ABX3型化合物（如圖1所示），此類物質(zhì)在自然界中廣泛存在。由于最初發(fā)現(xiàn)的該類物質(zhì)僅具有鈣，鈦，氧三種元素，故將其命名為鈣鈦礦。鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite solar-cells, PCSs）按照材料選擇可進一步細(xì)分為鈣鈦礦-晶硅疊層，全鈣鈦礦疊層，鈣鈦礦-有機疊層，鈣鈦礦-CIGS疊層電池。目前產(chǎn)業(yè)化進度較快的是全鈣鈦礦疊層和鈣鈦礦-晶硅疊層電池。

圖1 ABX3鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖

（來源：A review of characterization of perovskite film in solar cells by spectroscopic ellipsometry）

二、鈣鈦礦太陽能電池薄膜量測對象及意義

檢測是PCSs的研發(fā)與生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。在PCSs的研發(fā)過程中，需進行光電性能，光熱穩(wěn)定性和薄膜厚度等檢測。研究人員根據(jù)檢測結(jié)果對實驗條件進行調(diào)整，達到優(yōu)化PCSs性能的目的。在PCSs的生產(chǎn)過程中進行各項檢測，可以對產(chǎn)品的各項性能進行監(jiān)控，有助于實現(xiàn)高效的質(zhì)量控制，降低生產(chǎn)成本。

目前，PCSs為薄膜器件結(jié)構(gòu)，主要包括活性吸光層（鈣鈦礦層），界面修飾層（空穴傳輸層和電子傳輸層）以及電極層（透明電極和金屬對電極）。器件中的不同功能層遵循一定的排列順序，即透明電極/電子傳輸層（Electron transport-layer, ETL）/鈣鈦礦吸收層/空穴傳輸層（Hole transport-layer, HTL）/金屬電極，該結(jié)構(gòu)被稱為常規(guī)正向（n-i-p）結(jié)構(gòu)，而p-i-n型器件被稱為倒置結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 n-i-p結(jié)構(gòu)和p-i-n結(jié)構(gòu)示意圖

以n-i-p結(jié)構(gòu)的PCSs為例。鈣鈦礦層，HTL，ETL，透明電極和金屬電極的工藝條件會影響對應(yīng)薄膜的成膜質(zhì)量與厚度，進而影響PCSs的光學(xué)和電學(xué)性能。

對這些膜層的光學(xué)參數(shù)和厚度進行快速、非破壞、準(zhǔn)確的量測能有效提高PCSs器件的光電性能，為PCSs器件的設(shè)計提供準(zhǔn)確的參考。

三、鈣鈦礦太陽能電池的量測解決方案

推薦使用頤光科技ME-Mapping-L全自動高精度穆勒矩陣光譜橢偏儀測量，ME-Mapping-L采用了行業(yè)前沿的創(chuàng)新技術(shù)，包括消色差補償器、雙旋轉(zhuǎn)補償器同步控制、穆勒矩陣數(shù)據(jù)分析等，支持mapping路徑自定義設(shè)置，能一次完成膜厚和nk的多點掃描，實現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)的高準(zhǔn)確性和高重復(fù)性精度，可以滿足PSCs行業(yè)量測需求。