傳統光伏供電電池（PVB）存在集成度低、難微型化等缺陷，而鈣鈦礦材料可兼顧太陽能電池光吸收層與電池正極功能，具備突破這些局限的潛力。本研究提出二碘乙基紫精（EVI?）雙功能材料共享策略，使修飾后的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）實現 26.11 % 的功率轉換效率PCE（1000小時仍保留 96.2 %），美能鈣鈦礦最大功率點追蹤測試MPPT采用AAA級LED太陽光模擬器作為老化光源，可通過多種方式對電池進行控溫并控制電池所處的環境氛圍，進行長期的穩定性能測試。

又通過其衍生的 EVSnI?正極電池在 0.5 A g?1 電流密度下容量達 296.1 mAh g?1（5 A g?1 循環 10000 次容量保留 89 %）最終構建的全鈣鈦礦基集成 PVB總效率18.54 %（柔性版17.62 %且光充放電循環穩定 ），還能以智能控制模式為可穿戴葡萄糖監測儀穩定供電 24 小時，充分彰顯其在下一代便攜式電子設備中的應用價值。

EVI?與鈣鈦礦的相互作用機制

Millennial Solar

EVI?與鈣鈦礦的相互作用

研究發現，EVI?通過在鈣鈦礦表面形成修飾層（而非改變體相結構）發揮作用。XPS和DFT計算表明，EVI?的紫精基團與鈣鈦礦之間存在電子相互作用，導致鈣鈦礦表面Pb元素電子密度增加，并引起其能帶結構變化（如CBM下移），這有利于界面電荷提取。KPFM測量證實EVI?修飾使鈣鈦礦表面電勢分布更均勻。這些電子結構的優化顯著抑制了非輻射復合（PL壽命從223.5 ns延長至457.4 ns）并降低了缺陷態密度（陷阱填充極限電壓從0.56 V降至0.31 V），為高性能PSC奠定了基礎。

鈣鈦礦光伏性能

Millennial Solar

鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的光伏性能

基于上述修飾策略，研究構建了p-i-n 結構的鈣鈦礦太陽能電池（以 C??為電子傳輸層、p 型有機小分子為空穴傳輸層），關鍵性能如下：

最優電池的功率轉換效率（PCE）達 26.11 %，具體參數為：短路電流密度26.17 mA cm?2、開路電壓1.186 V、填充因子84.12 %；且電池滯后效應小，正向掃描 PCE 為 25.82 %，經認證的最大功率點跟蹤（MPPT）效率達 25.43%；

穩定性表現突出：按 ISOS-L-1 協議（連續 1 個太陽光照）測試，1000 小時后仍保留 96.2% 的初始效率，而未修飾電池800 小時后僅保留 83.2%；按更嚴苛的 ISOS-L-3 協議測試，1000 小時后效率保留率為 93.7%，未修飾電池僅 76.2%；光開關循環測試（12 小時光照 / 12 小時黑暗，共 30 循環、720 小時）中，EVI?修飾電池效率僅損失 2%，未修飾電池則衰減 11%。

EVSnI?正極的電化學性能

Millennial Solar

可充電電池的電化學性能

在電池方面，研究通過將Sn2?引入EVI?，合成了具有一維有機-無機雜化結構的EVSn?I?鈣鈦礦類陰極材料。該材料表現出優異的空氣穩定性和抗氧化能力（Sn2? 不易被氧化）。理論計算表明，其表面對I?、I??、I??等碘物種具有強吸附能，能有效抑制多碘化物穿梭效應。電化學測試顯示，EVSn?I?陰極可進行基于EV? / EV? / EV2?和I? / I? / I?的多電子可逆氧化還原反應，極化小，平均電壓高（2.98 V）。其倍率性能優異（0.5 A g?1下容量296.1 mAh g?1，5 A g?1下仍保持212.4 mAh g?1），更在5 A g?1的高倍率下循環10,000次后仍保持89 %的容量，每圈容量衰減率僅0.0011 %。

光伏供電電池性能

Millennial Solar

全鈣鈦礦基光伏供電電池（PVB）的性能

為實現“太陽能 - 電能 - 化學能”的一體化轉換與存儲，研究將4個子電池串聯的鈣鈦礦微模塊（效率23.60 %, VOC=4.41 V）與EVSn?I?電池集成，構建了全鈣鈦礦PVB。其中，PSC的銀電極連接電池陽極，ITO電極連接電池陰極，并用PET薄膜隔離電解液。該剛性PVB在1sun光照下進行光充電-恒流放電循環100次，整體能量轉換效率達18.54 %且非常穩定。柔性PVB電池（基于PEN基底）的整體能量轉換效率也達17.62 %，并在1000次彎曲（半徑8mm）后仍保持優異的機械耐久性和性能。電池在-20°C和40°C環境下也能正常工作。通過集成智能充電保護板，柔性PVB成功為商用連續葡萄糖監測儀提供了24小時不間斷電源，并在陽光、室內光和黑暗環境下均展現了穩定的工作能力。

本研究的核心創新在于“雙功能材料共享”策略：通過 EVI?同時優化鈣鈦礦太陽能電池的電荷傳輸效率和可充電電池的正極穩定性，最終突破了傳統光伏供電電池 “集成難、穩定性差” 的瓶頸。從性能指標來看，無論是鈣鈦礦太陽能電池的 26.11% PCE（1000 小時穩定性 96.2 %）、EVSnI?電池的 10000 次循環穩定性，還是集成 PVB的 18.54%整體能量轉換效率，均處于同類研究的領先水平；而柔性電池的實際應用（供電葡萄糖監測儀），則為便攜式、可穿戴電子設備的 “無繩化供能” 提供了切實可行的方案。

美能鈣鈦礦最大功率點追蹤 MPPT

Millennial Solar

美能鈣鈦礦最大功率點追蹤測試 MPPT采用A+AA+級LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進的技術和多功能設計，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強有力的支持。

• 光源等級：A+AA+，光譜匹配度A+級，均勻性A級，長時間穩定性A+級
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強可調節: 0.2-1.5sun，以0.1sun為步進可依次調節
• 功率獨立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

美能鈣鈦礦最大功率點追蹤測試 MPPT不僅是性能驗證工具，更為了鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的研究提供了強有力的支持。

原文參考：Highly efficient all-perovskite photovoltaic powered battery with dual-function viologen for portable electronics

*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。