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換為電能的光伏器件。太陽能電池可以應用于發電廠，照明，汽車，通風系統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電池或晶硅電池，由商業上占主導地位的晶體硅制成，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，通常被稱為新興光伏技術。晶硅電池的理論極限效率為29.4%，考慮到光學與電學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結晶硅電池結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、工藝簡單等優點，目前正處于從實驗室到大尺寸工業制造階段。鈣鈦礦材料泛指一類化學組成與鈣鈦礦晶體結構相似的ABX3型化合物（如圖1所示），此類物質在自然界中廣泛存在。由于最初發現的該類物質僅具有鈣，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。目前產業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鈣鈦礦晶體結構示意圖

（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的研發與生產過程中的重要環節。在PCSs的研發過程中，需進行光電性能，光熱穩定性和薄膜厚度等檢測。研究人員根據檢測結果對實驗條件進行調整，達到優化PCSs性能的目的。在PCSs的生產過程中進行各項檢測，可以對產品的各項性能進行監控，有助于實現高效的質量控制，降低生產成本。

目前，PCSs為薄膜器件結構，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，該結構被稱為常規正向（n-i-p）結構，而p-i-n型器件被稱為倒置結構，如圖2所示。

圖2 n-i-p結構和p-i-n結構示意圖

以n-i-p結構的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薄膜的成膜質量與厚度，進而影響PCSs的光學和電學性能。

對這些膜層的光學參數和厚度進行快速、非破壞、準確的量測能有效提高PCSs器件的光電性能，為PCSs器件的設計提供準確的參考。

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采用了行業前沿的創新技術，包括消色差補償器、雙旋轉補償器同步控制、穆勒矩陣數據分析等，支持mapping路徑自定義設置，能一次完成膜厚和nk的多點掃描，實現了測量數據的高準確性和高重復性精度，可以滿足PSCs行業量測需求。

圖3 頤光科技ME-Mapping-L 設備示意圖

四、測量案例介紹

1. 導電玻璃（ITO玻璃）

對ITO玻璃進行建模測量，其結構示意圖見圖4。

圖4 ITO玻璃膜層結構

ITO玻璃的橢偏光譜擬合結果如圖5所示，ITO的nk如圖6所示，滿足工藝預期。

圖5 ITO玻璃的橢偏光譜擬合圖

圖6 ITO的nk曲線

2. 鈣鈦礦層

（i）對玻璃上的單層鈣鈦礦進行建模測量，其結構示意圖見圖7。

圖7 鈣鈦礦膜層結構

鈣鈦礦的橢偏光譜擬合結果如圖8所示，鈣鈦礦的nk如圖9所示，光學常數與厚度滿足工藝預期。

圖8 Glass-鈣鈦礦玻璃的橢偏光譜擬合圖

圖9 鈣鈦礦的nk曲線

（ii）對ITO玻璃上的鈣鈦礦進行建模測量，其結構示意圖見圖10。

圖10 Glass-ITO-鈣鈦礦膜層結構

橢偏光譜擬合結果如圖11所示，鈣鈦礦的厚度分布熱力圖如圖12所示，滿足工藝預期。

圖11 Glass-ITO-鈣鈦礦的橢偏光譜擬合圖

圖12 鈣鈦礦的厚度分布熱力圖