近年来，随着钙钛矿/硅和钙钛矿/铜铟镓硒（CIGS）叠层太阳能电池的出现，两端全钙钛矿叠层太阳能电池（2TPT-SCs）引起了研究人员极大的兴趣，它结合了宽带隙（WBG）钙钛矿顶部亚电池（EG-top≈1.6-1.8 eV）和窄带隙（NBG）钙钛矿底部亚电池（EG-bottom <1.3 eV）的优势。由于目前这类电池效率超过了商用单结多晶硅或CIGS电池的转换效率，因此为2TPT太阳能电池组件（2TPT-SMs）开发可扩展的制造工艺和互连方案是未来发展重点。
德国卡尔斯鲁厄理工学院微结构技术研究所通过引入可扩展的高效、两端、全钙钛矿叠层组件，推进了两端全钙钛矿叠层光伏发电。通过基于真空沉积工艺和刮涂涂层的组合以及可扩展的互连方案，实现了实验室规模、旋涂两端全钙钛矿叠层太阳能电池（0.1 cm2，PCE为23.5%）到实验室规模组件（12.25 cm2孔径面积）的升级。采用真空辅助生长控制在顶部亚电池的WBG上成功扩大和无降解生长NBG。组件互连通过惰性气氛中的全激光刻痕图案工艺实现，使几何填充因子（GFF）达到94.7%。本研究展示的自旋涂层叠层组件中的每条电池开路电压（Voc）约为2.01 V左右，而总组件的Voc等于预期的8.0 V。这意味着每条电池的Voc损失仅为最小值，仅为10 mV（相对0.5%）。此外，组件保留了75%的高填充因子（FF），表明引入的组件互连的不利影响可以忽略不计。对孔径面积为2.56 cm2的冠军组件（无封装和掩膜，在环境大气中测量）的内部测量显示出22.2%的高PCE，Voc=8.0 V，短路电流Isc=9.57 mA，FF=75%。在连续照明下，稳定功率输出为54.7 mW时，经过15小时最大功率点（MPP）跟踪电池呈现了95%的初始效率（SPCE）。组件的制造采用刮涂涂层（2PACz、WBG钙钛矿、PEDOT:PSS、NBG钙钛矿和PCBM）和真空沉积（LiF、C60、SnOX、Au、BCP和MgF2）方法的组合进行。原型组件在20小时内达到19.1%的PCE（孔径面积为12.25 cm2，七个电池条和94.7%的GFF）和18.3%的MPP跟踪（对应于224 mW），相对下降小于7%。飞行时间二次离子质谱法（ToF-SIMS）的测量展示了高度选择性激光图案，以及明确的GFF（~94.7%±0.1%）。通过电致发光和光致发光成像以及光束诱导电流成像系统（LBIC）映射，证明了整个组件区域内的均匀电流收集和低缺陷密度，这解释了该研究的旋涂层叠层组件的Voc和FF低损耗（<2%），以及使用刮涂涂层和真空沉积扩大组件的合理损耗（<5%）。
图1 全钙钛矿叠层太阳能电池和组件的设计和性能
该研究对两端全钙钛矿叠层太阳能电池组件（2TPT-SMs）采用可扩展的沉积技术（刮涂涂层和真空沉积），并使用了一种廉价全激光刻痕太阳能薄膜图案，实现了两端全钙钛矿叠层太阳能电池（2TPT-SCs）从0.1 cm2到12.25 cm2的轻松扩展。同时，该研究在窄带隙（NBG）太阳能电池的组成和缺陷钝化方面的进展，促进了NBG底部亚电池表现出优异的稳定性。相关研究成果发表在《Nature Energy》。
