鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因制造成本低、效率高而有望在未來能源領域發揮重要作用，但當前其商業化受穩定性和光學性能問題阻礙。

芬蘭阿爾托大學的科學家們開發了一種創新的鈣鈦礦太陽能電池封裝方法，該方法通過一步封裝過程，有效防止了由氧氣和濕氣引起的降解，同時顯著提高了電池的效率。通過采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）封裝的鈣鈦礦太陽能電池，研究團隊實現了功率轉換效率（PCE）相對提高8%，并通過了多項標準穩定性測試。美能溫濕度綜合環境試驗箱用于環境模擬試驗，為了驗證評估鈣鈦礦太陽能電池的可靠性，是判斷鈣鈦礦太陽能電池是否能夠滿足商業應用要求的重要依據。

鈣鈦礦電池封裝材料的制備和涂覆

AR-PED的制造過程

將 PSC 組件基底浸入密封劑中，防止水和氧氣滲透，并夾在制造的負模和玻璃蓋玻之間進行原位封裝和玻璃側圖案化，以防止光學損失的過程。

AR-PED的架構示意圖

封裝過程

PDMS混合物：將PSCs浸入PDMS混合物中，該混合物的單體與固化劑的體積比為5:1。

夾層結構：將PSCs夾在金電極側的玻璃蓋片和基板底部的負抗反射模具之間。

邊緣密封：基板邊緣用0.5毫升PDMS覆蓋，以確保完全密封。

固化：PDMS在室溫下固化48小時，然后移除負模具。

負模具的制備

模具制作：通過復制韭菜葉表面結構來制作負模具，使用PDMS復制并在室溫下固化48小時。

表面處理：使用等離子體清洗模具，然后通過蒸汽沉積法在模具上涂覆一層防粘附涂層。穩定性測試

PED和原始設備在不同測試條件下的性能變化濕度測試：

90% 濕度下，未封裝電池3 小時內幾乎完全降解，封裝電池（PED）6 小時后仍保持初始性能，浸入水中 1 小時后 PED 也能維持性能89。這表明封裝材料 PDMS 具有良好的防潮性能，能有效阻止水分侵入，保護電池內部結構，顯著提高電池在高濕度環境下的穩定性。

戶外測試：

在冬季戶外條件下，PED 的 J-V 特性幾乎不變，而未封裝電池性能下降 12%，主要因 Voc 和 FF 下降。這說明封裝材料在戶外環境中能有效阻隔氧氣和濕度，減輕低溫、氧氣等因素對電池性能的不利影響，進一步證明了封裝對提升電池穩定性的重要作用。

光學性能測試

ISOS-LC測試中PED和原始設備的性能變化

性能演變趨勢分析

PCE 演變：PEDs 在 70 小時內與原始電池的 PCE 降解和恢復率相當，但超過 70 小時后，原始電池降解加速，而 PEDs 在 360 小時后仍能保留約 80% 的初始性能，表明封裝能有效減緩電池性能下降，增強長期穩定性。

Jsc 和 FF 演變：PEDs 的 Jsc 和 FF 值在光照期間下降，靜置時大部分恢復，與 PCE 趨勢一致，說明封裝對電流產生和收集過程有積極影響，有助于維持電池性能。

Voc 演變：PEDs 的 Voc 隨時間保持恒定，與原始電池Voc 下降形成對比，進一步證明封裝可減少環境因素對電池內部的影響，穩定 Voc。

電池外觀變化分析

老化后 PEDs保持原始外觀，而原始電池明顯褪色，表明封裝能有效保護 PSK，防止其降解，維持電池結構完整性，從外觀上直觀體現了封裝對電池穩定性的提升作用。不同條件下存儲的鈣鈦礦電池的長期穩定性

PSC設備的長期穩定性比較

性能變化分析

在25℃和 42% 相對濕度環境下，PED 的性能與惰性氣氛中保存的電池相當，僅因氧氣和濕度下降到初始性能的約95%；而原始電池性能隨時間顯著變化，PCE 低于對照組。這表明封裝能有效保護電池免受環境中氧氣和濕度的影響，維持其性能穩定性，突出了封裝在提升鈣鈦礦太陽能電池長期穩定性方面的重要作用。

外觀特征分析

惰性氣氛中保存的 PSC電池和環境條件下儲存的PEDs外觀保持不變，而原始電池開始顯示嚴重退化跡象，新黃色斑點突出了晶界形成。這從外觀上直觀體現了封裝對電池結構完整性的保護作用，與性能變化數據相互印證，進一步證明了封裝在防止電池退化方面的有效性。鈣鈦礦電池的光學性能

光學性能比較和SEM圖像

光學性能分析

透光率：圖案涂層使 FTO 玻璃在 550nm 處的總透光率從 84% 略降至 80%，表明涂層雖對透光率有一定影響，但仍保持較高水平，保證了足夠的光線入射到電池內部。

霧度：涂層使 FTO 玻璃在 550nm 處的霧度顯著提高到 55%，而裸露 FTO 玻璃幾乎無霧度。較高的霧度有助于光線向多個方向散射，延長光學路徑，增強光吸收，這對提高電池性能具有重要意義。

反射率：涂層成功將反射率降低到不到一半，在可見光波長區域提高了電池的外量子效率（EQE）。降低反射率可減少光學損失，使更多光線被電池吸收利用，從而提升電池的光電轉換能力。

光伏性能分析

AR - PED 的 PCE 比 PED 提高了 8%±0.8%，主要歸因于短路電流密度約 6% 的增強和開路電壓 2% 的提高。這表明抗反射涂層通過優化光學性能，有效提高了電池的光捕獲能力，進而提升了整體光伏性能，驗證了該涂層在提高鈣鈦礦太陽能電池效率方面的顯著作用。

通過創新的聚二甲基硅氧烷（PDMS）封裝技術，成功地將鈣鈦礦太陽能電池的功率轉換效率提升了8%。這一顯著的效率提升不僅展示了新型封裝方法在光學性能和環境穩定性方面的優勢，也為鈣鈦礦太陽能電池的商業化應用鋪平了道路。美能溫濕度綜合環境試驗箱

確定組件承受高溫和潮濕以及零下溫度影響的能力，滿足標準:IEC61215-MQT12（濕凍試驗）、MQT13（濕熱試驗）

• 溫度范圍：-50~150℃

• 濕度范圍：20%~98%RH

采用進口溫度控制器，實現多段溫度編程，精度高，可靠性好

美能溫濕度綜合環境測試箱為研究過程提供了精確的環境模擬，使我們能夠全面評估封裝鈣鈦礦太陽能電池（PED）在不同溫度條件下的性能。

原文出處：Addressing the efficiency loss and degradation of triple cation perovskite solar cells via integrated light managing encapsulation https://doi.org/10.1016/j.mtener.2024.101707

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