高霧度氟摻雜氧化錫（FTO）玻璃基板的光學(xué)特性限制了鈣鈦礦太陽能電池 （ PSCs ）的短路電流密度 （ Jsc ）和光電轉(zhuǎn)換效率 （ PCE ）。為精準(zhǔn)量化基板的光學(xué)參數(shù)，本研究采用美能鈣鈦礦在線透過率測試機(jī)對FTO基板的透光率、反射率、霧度及表面粗糙度進(jìn)行高精度表征。通過對比不同F(xiàn)TO基板的性能發(fā)現(xiàn)：高霧度、高粗糙度的FTO基板能顯著減少NiO?/鈣鈦礦界面的光反射，通過多重反射增強(qiáng)鈣鈦礦層的光吸收，從而提升Jsc和PCE。

鈣鈦礦太陽能電池PSC制備

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本研究中使用的PSC結(jié)構(gòu)為玻璃/FTO/NiOx(20 nm)/MAPbI3(400 nm)/PCBM(40 nm)/BCP(10 nm)/Ag(80 nm)，比較了三種不同F(xiàn)TO鍍膜玻璃基底：FTO-N、FTO-A和高霧度FTO-HA。

FTO玻璃的光學(xué)與形貌特性

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(a)不同F(xiàn)TO玻璃的透光率(T)光譜;(b)不同F(xiàn)TO玻璃的霧度光譜

• 透光率與霧度對比

FTO-A在全波段透光率最高，F(xiàn)TO-HA因較高吸收導(dǎo)致透光率降低。FTO-HA的霧度顯著高于FTO-N和FTO-A，表明其更強(qiáng)的光散射能力。

• 表面形貌與粗糙度

FTO-N、FTO-A、FTO-HA的SEM圖像FTO-N、FTO-A、FTO-HA的AFM圖像

SEM和AFM結(jié)果顯示，FTO-HA表面粗糙度最大（ RMS = 59 nm ），F(xiàn)TO-N最小（30 nm）。表面粗糙度與霧度正相關(guān)，高粗糙度通過亞波長結(jié)構(gòu)增強(qiáng)光散射，減少反射損失。

高溫工藝下的性能局限性

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高溫工藝下不同F(xiàn)TO基板的PSCs性能統(tǒng)計(jì):(a) Jsc(b)Voc(c) FF (d)PCE(a)高溫工藝器件的IPCE光譜(b)高溫工藝器件的J-V特性

FTO-A 和 FTO-HA 基板使 PSC 的Jsc分別提升至20.83 mA / cm2 和 20.53 mA / cm2，較 FTO-N 的 18.90 mA/cm2 顯著改善。

(a)沉積鈣鈦礦層前(b)沉積鈣鈦礦層后FTO基板的反射率(R)光譜

NiO?沉積高霧度FTO/鈣鈦礦界面處入射光多重反射示意圖

入射光子 - 電流轉(zhuǎn)換效率（IPCE）測試表明，高霧度基板通過減少界面反射，使 300-700 nm 波長范圍內(nèi)的光吸收效率提升，盡管 FTO-HA 的透射率最低，但其 IPCE 仍接近 FTO-A 水平。然而，高溫退火導(dǎo)致 FTO-A 和 FTO-HA 的方阻從約 9 Ω/□驟增至 160 Ω/□以上，進(jìn)而引起串聯(lián)電阻Rs升高，導(dǎo)致填充因子（FF）下降，最終限制了 PCE 的提升。

低溫工藝的突破

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低溫沉積NiO?的PSCs的J-V特性

對高溫工藝的局限性，采用 320°C低溫退火制備NiOx層后，F(xiàn)TO-A 和 FTO-HA 基板的方阻保持穩(wěn)定，器件 FF 分別提升至 0.723 和 0.786，PCE 達(dá)到 16.0%和17.1%。這一改進(jìn)歸因于低溫工藝避免了 FTO 晶粒邊界的載流子散射，同時減少了NiOx層厚度的不均勻性。實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn)TO-HA 因更大的粗糙度，使NiOx鈣鈦礦界面的光多次反射效應(yīng)更強(qiáng)，從而在低溫工藝中展現(xiàn)出最優(yōu)的綜合性能。高霧度氟摻雜氧化錫 FTO 基板通過表面粗糙度調(diào)控，在NiOx 鈣鈦礦界面形成高效抗反射結(jié)構(gòu)，顯著提升 PSC 的Jsc。盡管高溫工藝下電阻增大限制了 PCE，但低溫制備技術(shù)成功解決了這一問題，使 FTO-A 和 FTO-HA 基板在16%-17%的 PCE 水平下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性能。

美能鈣鈦礦在線透過率測試機(jī)

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鈣鈦礦太陽能電池的在線透過率檢測設(shè)備是一種實(shí)時監(jiān)測鈣鈦礦薄膜、透明氧化玻璃或組件光學(xué)透過率的系統(tǒng)，用于優(yōu)化工藝、確保均勻性并提升電池效率。

• 精確度高：測量精度達(dá)到0.01%，能提供精確的透射比數(shù)據(jù)
• 穩(wěn)定性好：測量穩(wěn)定性＜0.1%，在重復(fù)測試10次中能夠提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，保證了測試結(jié)果的可靠性
• 高效率與自動化：大面積掃描（如0.6m×1.2m基板）可在秒級完成

美能鈣鈦礦在線透過率測試機(jī)提供的核心光學(xué)數(shù)據(jù)支持實(shí)現(xiàn)了FTO基板透射率、霧度的高通量篩選與工藝實(shí)時監(jiān)控，為抗反射設(shè)計(jì)的產(chǎn)業(yè)化落地提供了關(guān)鍵質(zhì)量控制手段。

原文參考：Antireflection effect of high haze FTO for improving short circuit current density of perovskite solar cells

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