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钙钛矿/硅叠层太阳能电池将宽带隙钙钛矿顶电池与窄带隙硅底电池串联,理论效率可达45%以上。然而,叠层电池对测试光源的光谱分布高度敏感:顶电池和底电池分别响应光谱的不同波段(顶电池响应300-750nm,底电池响应750-1200nm),光谱失配引起的误差远大于单结电池。

叠层电池光谱失配的特殊性
单结电池的短路电流与光谱失配的关系近似线性,可用单一光谱失配因子(MMF)修正。叠层电池则不同,每个子电池都有各自的光谱响应和短路电流,需分别计算各子电池的MMF。若只修正总电流而不分别修正子电池,可能导致电流匹配状况的误判。
光谱失配因子的计算方法
叠层电池的光谱失配修正需按以下步骤进行:
测量各子电池的光谱响应:使用偏置光-电光调制法分别测量顶电池和底电池的外量子效率(EQE)曲线。
测量模拟器实际光谱:使用经校准的光谱辐射计测量测试平面上的光谱辐照度分布。
分别计算各子电池的MMF:
MMF_top = [∫E_ref(λ)·SR_top(λ)dλ · ∫E_sim(λ)·SR_ref(λ)dλ] / [∫E_sim(λ)·SR_top(λ)dλ · ∫E_ref(λ)·SR_ref(λ)dλ]
底电池的MMF_bottom同理计算。
校正总电流:I_sc_corrected = I_sc_measured × MMF_top × MMF_bottom(近似处理,精确方法需考虑子电池的串联约束)。
参考电池的选择策略
对于叠层电池测试,建议采用与被测电池结构相近的参考电池(如经认证的钙钛矿/硅叠层参考电池)进行光强校准。若无法获得叠层参考电池,可采用“光谱分割法”:使用宽带通滤光片将模拟光分为顶电池响应波段和底电池响应波段,分别用硅参考电池(经光谱响应修正后)校准各波段的光强。
测试中的关键控制点
叠层电池测试中需特别注意:偏置光的选择和强度会影响子电池的电流匹配状态,进而影响EQE测量精度;扫描方向和速度对钙钛矿顶电池的迟滞效应敏感,建议采用快速反向扫描(从开路到短路,速度>1V/s);测试温度控制在25±1℃,温度对钙钛矿带隙的影响不可忽略(约-0.3meV/K)。
北京中教金源科技有限公司的太阳光模拟器系统可配置可调偏置光源阵列(白光LED+单色LED),用于叠层电池测试中的子电池选择性激发,并配套光谱失配修正软件,支持多结电池的精确效率标定。