鈣鈦礦 / 硅疊層電池是光伏領域的重要方向，但現有高性能疊層電池多以 “溶液法” 制備鈣鈦礦，需定制硅底電池（如拋光、適配金字塔尺寸），與工業主流 > 1μm 隨機金字塔紋理硅不兼容；全紋理鈣鈦礦/硅疊層電池雖低成本且光管理優，卻受困于鈣鈦礦 / C??界面鈍化難題。本研究用兼容工業紋理硅的混合兩步鈣鈦礦沉積法，引入PDAI 處理鈣鈦礦表面，解決全紋理電池關鍵瓶頸（金字塔高度>1μm）-制備出認證效率 33.1 %（VOC=2.01V）、戶外穩定性優異的高性能全紋理鈣鈦礦 / 硅疊層太陽能電池。

美能大平臺鈣鈦礦疊層電池PL測試儀，結合光強依賴性 PL 冪律關系實現鈣鈦礦膜質量快速精準評估；PDAI處理既通過場效應鈍化減少界面復合損耗，又提升全鈣鈦礦吸收層電子濃度以降低載流子傳輸損失。

核心機制：從界面到體相的電子積累

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基于模擬的策略以克服鈣鈦礦載流子傳輸層界面的非輻射復合與傳輸損失

基于實驗驗證的鈣鈦礦 / 硅疊層電池模型，通過光電電池模擬明確了鈣鈦礦 / C??界面的優化方向，界面性能主要由兩個參數決定（化學鈍化質量、能帶排列特性）。通過引入具有高偶極矩的PDAI分子對鈣鈦礦表面進行處理，我們成功實施了功函數工程：

減少界面復合：PDAI與鈣鈦礦表面（本研究采用混合兩步法，形成富有機物的表面終止）相互作用，形成正偶極（負極朝向C??，正極朝向鈣鈦礦）。這有效降低了ΔEC，ETL（從180 meV降至70 meV），使電子在界面處大量積累，顯著抑制了界面復合，從而提升了VOC。

提升體相電導率：由于鈣鈦礦材料本征的特性，這種界面處的電子積累效應延伸至整個鈣鈦礦吸收層，使得體內的電子濃度提升了近40倍。根據公式 σ = q * n * μ，電導率（σ）隨之大幅提高，從而顯著降低了串聯電阻和傳輸損失，成為FF提升的主要驅動力。

數據分析表明在1-sun 光照下 OC 和最大功率點（MPP）條件下，目標電池的高 n/p 比仍能維持；鈣鈦礦 iVOC 從 1.12 V 升至 1.20 V（S?,ETL 均為 7×10? cm/s），疊層電池外電路 VOC 從 1.84 V 升至 1.92 V；全鈣鈦礦體相平均電子濃度從 1×101? cm?3（參考）升至 4×101? cm?3（目標），顯著提升電子向 ETL 的傳輸效率。

PDAI 與鈣鈦礦表面的相互作用

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能量學與表面化學特性

通過濕化學旋涂法（可擴展為浸涂）在鈣鈦礦 / C??界面引入 PDAI；XPS證實了PDAI分子的存在、UPS表明PDAI 誘導形成了表面偶極子及DFT計算證實PDAI 與富有機表面作用形成正偶極子。這一差異表明，鈣鈦礦表面終止特性與分子 - 表面相互作用，是決定偶極子取向的關鍵因素，對鈍化分子的作用效果至關重要。

表面鈍化效果與導電性提升

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鈍化效果與導電性影響

為驗證 PDAI 對鈣鈦礦的表面鈍化效果及導電性提升作用，研究通過多類精準表征手段得出核心結論：

高光譜光致發光（PL）成像：顯示無 C??時參考鈣鈦礦內建開路電壓平均 1.23 V、標準差 38 mV，PDAI 處理后 iVOC 升至 1.25 V（提升 20 mV）、標準差降至 26 mV，體現輕微化學鈍化作用，且沉積 C??后 PDAI 鈍化堆疊 iV_OC 仍維持 1.23 V（參考樣降至 1.15 V），AM-KPFM）進一步證實接觸電位分布更均勻。

TRPL/TA光譜：顯示PDAI處理有效抑制了界面復合和淺陷阱態，延長了載流子壽命。

Suns-VOC & Suns-PL成像：關鍵性地證明了FF的提升主要源于傳輸損失的降低（ pFF - FF差值從6%降至3% ），而非選擇性或復合的改善（iFF和iVOC-VOC差值變化很小）。

THz/SCLC測量：排除了遷移率（μ）變化的主導作用，確認電子濃度（n）的增加是電導率提升的根本原因。

電池性能與穩定性

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鈣鈦礦 / 硅疊層太陽能電池的性能與穩定性

將PDAI策略應用于全織構疊層電池后：

效率：最佳效率從29.1%提升至32.3%，最終通過調整鈣鈦礦帶隙優化電流匹配，效率達到33.1%（VOC=2.01 V）。

重現性：該策略在多個國際實驗室（KAUST, Fraunhofer ISE）均展現出優異的重復性。

穩定性：在紅海沿岸的戶外測試中，PDAI電池顯示了極其穩定的電流輸出，而參比電池的電流則持續衰減。BACE測量表明，PDAI處理將可移動離子濃度降低了約三分之二，有效抑制了離子遷移，這是穩定性增強的關鍵原因。濕熱穩定性測試（85°C/85% RH, 1000h）同樣證實了其增強的穩定性。

本研究闡明了一種先前被忽視的機制：界面處的場效應鈍化能夠深度調制鈣鈦礦體相的電子傳輸特性。PDAI處理通過同時減少界面復合和體相傳輸損失，一舉攻克了全織構疊層電池在VOC和FF方面的核心難題，使其性能與更復雜的平面結構相當。更重要的是，該方法與工業化織構硅片完全兼容，為鈣鈦礦/硅疊層電池的商業化量產鋪平了道路。未來的工作可進一步聚焦于優化混合法制備的鈣鈦礦體相質量，以期實現更高的性能突破。

美能大平臺鈣鈦礦疊層電池PL測試儀

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美能大平臺鈣鈦礦疊層電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實時反饋等特性，系統性解決了太陽能電池生產中的速度、良率、成本、工藝優化與穩定性等核心痛點，并且結合AI深度學習，實現全自動缺陷識別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時清晰呈現高亮區域（如無缺陷區）與低亮區域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識別分類訓練：實現全自動缺陷識別與工藝反饋

通過美能大平臺鈣鈦礦疊層電池

PL 測試儀對 PDAI 處理前后鈣鈦礦薄膜的光致發光（PL）特性及載流子動力學相關 PL 衰減行為進行監控，系統研究了 PDAI 對全紋理鈣鈦礦 / 硅疊層電池的表面鈍化效果與導電性提升機制，為高性能全紋理鈣鈦礦 / 硅疊層電池的界面優化與薄膜質量評估提供技術支撐。

原文參考：Electron accumulation across the perovskite layer enhances tandem solar cells with textured silicon

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