为实现高效率、高稳定性、高透光性的半透明钙钛矿太阳能电池，一方面需要提升钙钛矿薄膜晶体的质量，另一方面需要提升钙钛矿器件的光透过性。因此高质量钙钛矿薄膜的制备和透明电极的制备都很关键。
本节将重点围绕半透明钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜制备以及透明电极制备关键技术展开讨论。
对于半透明钙钛矿太阳能电池而言，由于其对光透过性、带隙调节灵活性有着较高的要求，因此半透明电池在满足上述要求的前提下，难免会出现因各因素制约使薄膜质量变差，而造成的器件综合性能降低的情况。
因此，如何借鉴并改良传统钙钛矿太阳能电池制备方法，制备出高质量的钙钛矿薄膜显得尤为关键。
本节从薄膜的制备工艺、表界面钝化、形貌控制等方面分析总结其对制备半透明钙钛矿太阳能电池的重要作用。
目前，钙钛矿层的制备工艺主要有溶液旋涂法、印刷制备法、真空蒸镀法、磁控溅射法等，如图 2(a)—(d)所示。
对于溶液旋涂法而言，无论是“一步法”还是“两步法”，其显著的特点是操作简便，各化学组分易于调配，目前光电转换效率最高的钙钛矿太阳能电池就是采用该方法制备的。
但随着钙钛矿太阳能电池逐步向商业化迈进，以及半透明钙钛矿太阳能电池的多应用场景需求特点，溶液旋涂法在大面积制备困难、薄膜一致性不足等方面的弊端也逐步显现。
因此，一种可通过湿法制备大面积钙钛矿太阳能电池的印刷制备法在近年来受到了广泛关注。
在传统钙钛矿太阳能电池制备过程中，表界面钝化已作为一种常见来提高电池综合性能的方法。
对半透明钙钛矿太阳能电池而言，亦是如此。特别是针对高透光度、宽带隙等鲜明特点，由于透明电极的导电性不及金属电极，加之制备出的钙钛矿薄膜难免产生各种缺陷，造成光生载流子非辐射复合， 这些对半透明钙钛矿太阳能电池的填充因子以及开路电压产生了消极影响，降低了器件的综合性能。
因此，借鉴传统钙钛矿太阳能电池中表界面钝化钙钛矿薄膜的方法，减少制备过程中薄膜所产生的缺陷来提高半透明钙钛矿太阳能电池的器件性能是非常重要的。
有研究发现2-Br-PEAI是一种有效的多功能钝化剂(图 3(b))，该分子中苯环上的 Br不仅与 FA+离子形成了氢键，还与[PbI6]4发生相互作用，并填充了钙钛矿层表面的碘空位。
通过这些相互作用，可有效地减少钙钛矿薄膜的缺陷，抑制非辐射复合，提高器件的光电转换效率和稳定性。
经过处理后的电池实现了24.22%的光电转换效率以及 83.6%的高填充因子，并在约 50%相对湿度条件下老化 1500h 后，未封装器件保持了超过 90%的初始光电转换效率。
综上，对制备高性能半透明钙钛矿太阳能电池而言，由于对透光性以及化学组分调控灵活性的要求较高，使得制备出的钙钛矿薄膜自身质量有所下降，为了尽可能避免所造成的光电转换效率以及稳定性的损失，通过将传统钙钛矿太阳能电池的表界面钝化手段合理地应用在半透明器件中，对钙钛矿薄膜自身的质量提升是尤为关键的。
为了提高半透明钙钛矿太阳能电池中钙钛矿薄膜的透明度，有很多研究团队的思路是通过对钙钛矿薄膜进行形貌控制来满足半透明器件对透光性的要求。
有研究早期通过将钙钛矿层形成“岛”状的微结构，以实现在有一定光电转换效率基础上，尽可能多地将可见光透过的目的。
该方法可实现透光率在 0%至 80%之间的连续可调，并在30%光透过率的条件下获得了 8%的光电转化效率。
但由于“岛状”结构钙钛矿薄膜的不连续性，使得该结构下器件的整体效率提升受限，这也限制了其在半透明钙钛矿太阳能电池中的应用。
通过控制阳极氧化铝(AAO)中的孔径，将 AAO 材料作为钙钛矿层的支架，可以精确地改变钙钛矿层所占的体积及厚度。器件的光电转换效率实现了9.6%，整个器件的平均可见光透过率达到了 33.4%。
特别值得注意的是，AAO 结构对抑制钙钛矿层内部离子的扩散有着显著作用，也改善了器件在连续光照条件下的稳定性。
因此，通过对钙钛矿薄膜形貌的改变来实现器件的半透明化不失为一种更为直观的方法，该类方法对器件的光透过性也有明显的提升作用。
透明电极的开发是半透明钙钛矿太阳能电池另一个至关重要的组成部分，它对半透明太阳能电池的光电转换效率、光透过率、颜色、稳定性、机械性能和成本都有重要影响。
目前，主要研究的透明电 极包括：透明导电氧化物 (TCO)、薄金属电极(MFE)、碳纳米管(CNT)、银纳米线(AgNWs)、导电聚合物(PEDOT:PSS)、石墨烯(graphene)等。
其中，透明导电氧化物电极和薄金属电极研究最具代表性，因此本节将以它们为重点梳理，并总结相关制备工艺及研究进展。
透明导电氧化物(TCO)的主要材料包括：氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、铈掺杂氧化铟(ICO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、氢掺杂氧化铟(IO:H)等。
其主要特点是光透过率高(平均可见光透过率 85%以上)，相比其他类型透明电极电阻率较低，空气稳定性好。
透明导电氧化物主要的缺点是制备过程中容易破坏钙钛矿膜层，造成太阳能电池的光电转换效率下降甚至失效，此外，它还存在机械脆性较强等问题。
透明导电氧化物电极的制备方法包括磁控溅射法、溶液旋涂法等。
目前，在钙钛矿太阳能电池中的制备以磁控溅射法为主。它的原理是在电场作用下电子与氩原子发生碰撞，大量的氩离子和电子不断地轰击靶材，产生大量的靶材原子，呈中性的靶材原子(或分子)沉积在样品膜层表面上。
该制备方法最主要的优势是沉积的薄膜致密、成膜速度快、靶材(包括金属、金属氧化物等)适用范围广。
但在制备过程中溅射功率、舱压、氩气含量(与氧气的混合比例)、靶材到基片的距离角度、溅射时间(膜厚)等多种参数会相互影响，优化过程难度较大。
因此，目前各研究团队针对不同 TCO 材料在磁控溅射沉积过程中容易破坏钙钛矿层、透明导电氧化物在长距离(1cm 以上)具有高电阻值、大面积制备导电性差等问题方面开展了一系列的研究工作。
目前，采用 TCO 透明电极的半透明钙钛矿太阳能电池，最高光电转换效率为 18.2%，近红外区域(760~1200nm)透光率为75%。
虽然基于金属氧化物材料制备 TCO 透明电极及其在半透明钙钛矿太阳能电池方面的应用已经取得了卓有成效的研究成果，但对于这种类型半透明电池的光学特性、稳定性、能级调控等方面的研究仍处于初级阶段。
薄金属电极是指将传统钙钛矿太阳能电池的金属电极层厚度由 100nm 左右降低至 10nm 左右，其特点是：较传统金属电极(100nm)光透过率高，相比 TCO 电极电阻率更低，可作为柔性电极，金、银、铜、铝、镍等金属都可被广泛地用作薄金属电极材料。
但存在的主要问题是透光率比透明电极低(TCO 等)，容易被氧化，易发生离子扩散导致器件稳定性差等。
对于超薄金属的透明电极制备而言，首要解决的就是光透过性和导电性之间的关系，提高半透明器件的光电转换效率和透光性。
其次，是寻找合适的能够抑制金属离子扩散的介电层材料，提高器件的工作稳定性。其他透明电极材料由于文献所报道的电池光电转换效率较低且研究的成果较少。
在“双碳”目标和构建新型电力系统为背景的能源转型发展进程中，新型光伏发电技术将发挥着重要作用。
特别是以半透明钙钛矿太阳能电池为代表的光伏器件不仅要围绕着高光电转换效率、高稳定性、高透光率的发展目标，还需要对其进行有针对性的设计，以满足实现电池在多个场景应用的需求，从而更好地为低碳能源转型提供技术支撑。
对半透明钙钛矿太阳能电池的关键技术而言，需要在兼顾高透光性的基础上，进一步提升器件的光电转换效率，并深入分析其内在的机理，揭示半透明钙钛矿太阳能电池在透光性效率之间的内在联系。
原文始发于微信公众号（光伏产业通）：半透明钙钛矿太阳能电池关键技术
