柔性鈣鈦礦太陽能電池

（F-PSCs）為輕質、低成本、可貼合的能源解決方案，但其功率轉換效率（PCE）低于剛性電池，尤其在大面積組件中，因柔性基板上難制備均勻、高質量的鈣鈦礦膜而受限。現有研究多通過界面與結晶工程改進大面積膜質量，全鈣鈦礦串聯（寬帶隙與窄帶隙鈣鈦礦結合）可減少熱損失、突破單結效率極限，但柔性串聯（尤其大面積組件）研究有限，且寬帶隙鈣鈦礦高溴、銫含量及氣體淬火易致其結晶不良、引入缺陷。美能溫濕度綜合環境試驗箱專為驗證評估組件或材料的可靠性，能達到快速升溫降溫，提升測試效率，滿足IEC61215、ISOS等標準。

本研究提出連續氣體淬火下原位添加劑涂層處理濕鈣鈦礦膜的規模化策略，制得高質量大面積膜，小面積柔性全鈣鈦礦串聯電池PCE達27.5%，大面積組件經認證PCE為23.0 %，組件穩定性優異，縮小了柔性與剛性鈣鈦礦串聯的效率差距。

柔性鈣鈦礦的核心價值

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柔性太陽能板可在塑料、金屬箔等輕質基板上沉積，最終厚度僅數微米，能將屋頂、曲面、甚至衣物等表面轉化為能源來源。此外，其極低的質量使其在 “比功率”（單位質量輸出功率）上優勢明顯，尤其適合航天器等對 “體積 - 重量比” 要求嚴苛的場景。

添加劑輔助原位刮涂策略

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a. 柔性基板上WBG的SEM圖像 b. 鈣鈦礦膜顏色變化的照片 c. 添加劑輔助原位刮涂策略的示意圖 d. XRD圖譜 e.PL光譜

本研究提出在氣體淬火后的“涂覆窗口期”（CW）內，原位涂覆甲基氯化銨（MACl）和苯乙基碘化銨（PEAI）的異丙醇溶液，以去除殘留二甲基亞砜（DMSO）并引入添加劑改善晶體生長和缺陷鈍化。X射線衍射（XRD）和穩態光致發光（PL）測試表明：MP-CW（MACl / PEAI涂覆窗口處理）薄膜具有更窄且更強的衍射峰和更高的PL強度，說明其結晶質量提高且非輻射復合減少。

原位刮涂策略的機制

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a. 溶解度的變化b. ToF-SIMS圖譜 c. 擴散和去除的照片 d. 4f 芯能級的表面敏感的XPS e. 埋底界面氯（Cl）2p 芯能級的 XPS

WBG鈣鈦礦薄膜在PET基底上易形成埋底界面空洞，主要原因是高沸點DMSO溶劑被困在膜底部，后續高溫退火導致體積塌陷形成空洞。MP-CW策略通過MACl促進的Cl-DMSO配位通道，使PEA?離子能夠擴散至埋底界面進行鈍化，同時調控結晶動力學并去除殘留DMSO。飛行時間二次離子質譜（ToF-SIMS）顯示，MP-CW薄膜中PEA?信號在整個膜層（包括埋底界面）均勻分布，而單一添加劑或后處理樣品則僅限于表面。

溶解度實驗表明，MACl的加入提高了PbX?在DMSO中的溶解度，使PEAI能夠深入滲透至埋底界面。X射線光電子能譜（XPS）進一步證實MP-CW樣品中Pb 4f峰向低結合能移動，說明PEA?與欠配位Pb2?發生靜電相互作用，實現深層鈍化。

大面積薄膜的質量與均勻性

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a.控制組和 MP-CW 組鈣鈦礦膜PL光譜 b. HTL/ 鈣鈦礦堆疊體的TRPL光譜c. 樣品的二維 PL 成像光譜d. 樣品中 PL 峰（強度）分布的統計直方圖e. 6×6 cm2 柔性基板上樣品的QFLS直方圖

通過穩態和時間分辨光致發光（TRPL）測試評估薄膜質量。MP-CW薄膜在正面和背面激發下均表現出高且均勻的PL強度，說明其非輻射復合被有效抑制。TRPL顯示MP-CW的電荷提取壽命（τ?）從63.9 ns降至14.7 ns，體復合壽命（τ?）從376.3 ns增至1353.3 ns，表明界面電荷傳輸增強且體缺陷減少。

二維PL mapping顯示MP-CW薄膜的熒光強度波動較控制組降低四倍（409±154 vs. 673±30 counts），證明其具有優異的大面積均勻性。QFLS分布也更集中，進一步驗證了其均勻性。

柔性電池的性能

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柔性鈣鈦礦電池的性能與光電特性表征

采用結構為PET / ITO / NiOx-SAM / WBG鈣鈦礦/ C60 / ALD-SnO2 / Cu的倒置單結電池，優化后的MP-CW電池冠軍PCE為18.48%（VOC=1.356 V，JSC=16.27 mA cm?2，FF=83.74%），優于控制組（16.71%），且30個電池平均PCE接近18.2%，表現出良好的批次一致性。8個子電池在6×6 cm2基底上呈現近乎一致的PCE分布，驗證了策略的可擴展性。

電致發光（EL）測試表明MP-CW電池具有更高的外量子電致發光效率（EQEEL），計算得出ΔVOC=0.04 V，與J-V結果一致。光強依賴VOC測試顯示理想因子從1.81降至1.35，表明復合損失減少。光致發光量子產率（PLQY）測試表明MP-CW薄膜電壓損失（Eloss）從127 meV降至107 meV，界面鈍化效果顯著。

柔性全鈣鈦礦疊層組件

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全鈣鈦礦串聯太陽能組件的光伏性能與穩定性

基于優化WBG子電池，構建了柔性全鈣鈦礦疊層結構：PET / ITO / HTL / WBG /復合結（RBJ）/ NBG鈣鈦礦 / C60 / ALD-SnO2 / Cu。冠軍疊層電池PCE達27.5%（VOC=2.13 V，JSC=16.0 mA cm?2，FF=80.4%），48個電池平均PCE為26.5±0.5%。

模塊采用8個子電池串聯結構，GFF為95.8 %，認證孔徑面積20.26 cm2的組件PCE為23.0 %（穩態效率22.1 %），活性面積效率超過24 %。35個模塊平均PCE為22.2 ± 0.5%，顯示出良好的重復性。縮放效率損失從20%降至12%，并通過中試級狹縫涂布在30×40 cm2 PET基底上實現804 cm2均勻結晶。

機械彎曲測試表明，MP-CW模塊在10 mm半徑（1%應變）下10,000次循環后保持97.2%初始PCE，優于控制組（79.9%）。光穩定性測試（ISOS-L-1）中，PET封裝MP-CW模塊T80為318小時，玻璃封裝則達715小時，媲美剛性疊層組件。熱循環測試（ISOS-T-3）中，MP-CW模塊在200次循環后仍保持80%初始PCE，遠優于控制組（50%）。

本研究通過 “原位添加劑涂層 + 連續氣體淬火” 的創新策略，成功解決了柔性基板上高質量鈣鈦礦膜的規模化制備難題：既實現了 27.5%（小電池）、23.0%（認證組件）的高效 PCE，又通過優異的機械穩定性、光穩定性和極端環境耐受性，特別是在10 mm彎曲半徑下10,000次循環后仍保持初始性能，驗證了柔性光伏的實際應用潛力。該技術不僅縮小了柔性與剛性鈣鈦礦串聯電池的效率差距，更提供了一套 “低成本、可規模化” 的制備方案，為下一代輕質太陽能技術的產業化奠定了基礎。

美能溫濕度綜合環境試驗箱

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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可精準模擬- 40℃85℃熱循環（ISOS-T-3標準）及穩定控制試驗環境溫濕度，為柔性全鈣鈦礦串聯組件提供精準極端環境模擬，實現了高效組件在1000 小時濕熱測試及 10000 次彎曲循環后的穩定性驗證，為該組件基于原位涂層策略邁向規模化、高性能柔性光伏應用奠定了基礎。

原文參考：In situ coating strategy for flexible all-perovskite tandem modules

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