鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）正快速發展，有望取代硅基太陽能電池板。本文探索了采用手動絲網印刷技術制備半透明、可規模化的鈣鈦礦太陽能組件，無需多次激光劃刻步驟。成功開發出基于碳材料、無空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能組件，活性面積900cm2，功率轉換效率達11.83%。通過結合美能溫濕度綜合環境試驗箱進行加速老化（高濕、高溫及強太陽輻照度）測試驗證其商用潛力，證明該組件具有較高的效率和穩定性，可用于建筑集成光伏BIPV中。

電池結構

Millennial Solar

(a) 太陽能電池結構 (b) 電池材料能帶圖

基底：氟摻雜氧化錫（FTO）玻璃（2 mm厚，電阻率15 Ω/cm2）；

功能層：

電子傳輸層（ETL）：致密TiO?（c-TiO?）+介孔TiO?（m-TiO?）混合組成；

絕緣層：介孔ZrO?絲印漿料；

陰極：碳黑-石墨混合漿料（尺寸范圍1–20 μm）；

吸收層：5-AVA-MAPbI?鈣鈦礦前驅體溶液（穩定性優于MAPbI?）。

100cm2 鈣鈦礦組件制備

Millennial Solar

(a) 100cm2激光刻蝕模塊（單位：厘米）(b) 組件結構及層寬示意圖

基板處理

激光刻槽：FTO玻璃刻蝕2mm絕緣溝道（間距1.7cm），防印刷溢料。

三溶劑超聲清洗（水/IPA/丙酮）+ 氮氣干燥。

全印刷沉積

氧化物層：c-TiO?（50nm）→ m-TiO?（500nm）→ ZrO?（1μm）→階梯退火（150℃→500℃）。

電極工藝：銀集流電極（500℃）→碳復合電極（碳黑+石墨，400℃退火）。

鈣鈦礦成膜

溶液浸漬：5-AVA-MAPbI?前驅體暗室滲透60min。

兩步固化：70℃結晶 +70% RH濕度處理（提質效）。

封裝結構

熱層壓封裝（110℃/3-5min），犧牲0.04%效率換長期穩定。

5電池串聯：單電池活性區2.8cm2，層寬梯度防短路（c-TiO?最窄，碳電極最寬）。

(a) 10×10cm2鈣鈦礦模塊（5串聯電池） (b) 30×30cm2模塊（19串聯電池）

900cm2 鈣鈦礦組件制備

Millennial Solar

將 100 cm2 的設計進行規模化，以制備 900 cm2 大面積太陽能電池板。該組件的器件制備與化學沉積流程與100 cm2組件相同。

規模化調整

加熱方式：改用烘箱均勻加熱（替代熱板）→ 確保均勻加熱至500℃（防止熱應力開裂）。

串聯結構：900 cm2 組件由19 個鈣鈦礦電池在單個組件上串聯組成，激光刻蝕后必做水/IPA/丙酮超聲（防放大污染）。

幾何參數重構

基底尺寸：30×30 cm2（面積900 cm2）。

層寬不變：各層的寬度與 100 cm2 組件相同。

長度擴展：長度改為 27 cm → 活性面積增至200 cm2（原100 cm2組件為14 cm2）。

加速老化測試

Millennial Solar

干熱測試T??：35℃（黑暗/40-50% RH，5小時）→ 評估春季均溫下的穩定性。

干熱測試T??：44℃（黑暗/40-50% RH，3小時）→ 模擬夏季環境適應性。

干熱測試T??：70℃（黑暗/1小時）→ 測試加速老化閾值。

濕度暴露測試RH??：70% RH（黑暗/5小時）→ 分析高濕影響。

水浸測試W?：完全浸水（23-28℃/100% RH，黑暗/1小時）→ 模擬水浸場景穩定性。

光浸泡測試L????：1000 W/m2光照（升至45℃/40-45% RH，1小時）→ 測量光照衰退性能。

鈣鈦礦組件電性能參數

Millennial Solar

(a) 100cm2模塊I-V曲線 (b) 900cm2模塊I-V曲線

100cm2與900cm2組件電性能參數

100 cm2 組件的性能優于 900 cm2 組件，這是因為在相應電極處收集電荷期間復合率較低。由于光利用效率是通過測量透明區域尺寸與總組件面積的比值，并將其乘以器件的功率轉換效率來計算的，因此電荷收集量顯著下降。

鈣鈦礦組件穩定性表現

Millennial Solar

(a) 老化測試后效率衰減趨勢 (b) 最大功率衰減趨勢

(a) 開路電壓變化 (b) 短路電流衰減

(a) 最大電流衰減 (b) 最大電壓變化

最佳穩定性：35°C干熱測試（衰減率0.04%/h，壽命≈250 h）；

最差穩定性：水浸測試（衰減率0.16%/h，壽命≈50 h）；

關鍵現象

44°C及以上溫度下，電流（I?、I???）呈指數衰減；

光照測試中，V?前期波動（光致降解），后期加速衰減；

封裝導致效率輕微下降（0.04%），但顯著提升環境穩定性。

本研究采用手工絲網印刷技術制備無空穴傳輸層（HTL-free）的碳基半透明鈣鈦礦太陽能組件（ST-PSM），活性面積達900 cm2，功率轉換效率（PCE）為11.83%。通過優化電池間距實現半透明性，省略傳統激光劃線步驟，提升機械穩定性并降低成本。組件在高溫（35°C/44°C/70°C）、高濕（70% RH）、水浸及全光照 （ 1000 W / m2 ） 條件下進行加速老化測試，結果證明組件具備高穩定性與光利用效率（ LUE = 4.82% ） ，適用于建筑一體化光伏BIPV窗戶材料。

美能溫濕度綜合環境試驗箱

Millennial Solar

美能溫濕度綜合環境試驗箱采用進口溫度控制器，能夠實現多段溫度編程，具有高精確度和良好的可靠性，滿足不同氣候條件下的測試需求。

溫度范圍：20℃~+130℃

溫濕度范圍：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

滿足試驗標準：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測標準

美能溫濕度綜合環境試驗箱為光伏組件測試提供一站式氣候模擬解決方案，精準賦能加速老化實驗，全面保障組件可靠性認證。以標準化智能控制助力產業升級，為高穩定性、可規模化的大面積鈣鈦礦組件突破提供堅實支撐。

原文參考：Fabrication of stable large-area semi-transparent perovskite solar module for building-integrated photovoltaics

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞光伏行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，若有侵權，請及時聯系我司進行刪除。