近年來，鈣鈦礦基疊層太陽能電池因理論效率高于單結(jié)電池受關(guān)注，其中寬禁帶（>1.8 eV）鈣鈦礦是提升鈣鈦礦/有機(jī)疊層性能的關(guān)鍵，針對(duì)傳統(tǒng)溶液法使用有毒溶劑且難以規(guī)模化的問題，本研究采用綠色、可擴(kuò)展的真空輔助混合沉積工藝，并引入PACI添加劑，有效調(diào)控了鈣鈦礦的面內(nèi)堆疊行為，顯著提高了晶體質(zhì)量和載流子傳輸性能。美能鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測試儀采用AAA級(jí)LED太陽光模擬器作為老化光源，可通過多種方式對(duì)電池進(jìn)行控溫并控制電池所處的環(huán)境氛圍，進(jìn)行長期的穩(wěn)定性能測試。

基于該工藝制備的單結(jié)寬禁帶鈣鈦礦電池效率達(dá)到17.48%，開路電壓超過1.315 V；進(jìn)一步構(gòu)建的兩端鈣鈦礦/有機(jī)疊層電池效率提升至26.46%（認(rèn)證效率25.82%），并在400小時(shí)連續(xù)運(yùn)行后仍保持90%的初始效率，表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。目前，混合沉積技術(shù)已在鈣鈦礦/硅疊層中實(shí)現(xiàn)超過32%的效率，且大面積組件效率達(dá)26.3%，充分體現(xiàn)了該方法對(duì)疊層電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的推動(dòng)價(jià)值。

薄膜的制備與晶體結(jié)構(gòu)調(diào)控

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a制備過程示意圖；b對(duì)照組和 c 目標(biāo)組薄膜的截面SEM圖像；退火過程中 d 對(duì)照組和 e 目標(biāo)組WBG鈣鈦礦薄膜（100）晶面的原位同步輻射GIWAXS圖；f 退火后對(duì)照組和 g 目標(biāo)組薄膜的GIWAXS圖；h PA分子在（100）和（110）晶面上的計(jì)算結(jié)合能；i 退火過程中晶體生長示意圖

采用三源（PbI?、PbBr?、CsBr）共蒸結(jié)合溶液旋涂的混合工藝制備鈣鈦礦薄膜，通過在有機(jī)陽離子溶液中添加10 mol%的PACI調(diào)控晶體生長。SEM顯示目標(biāo)組薄膜顯示出更好的晶粒質(zhì)量和更少的垂直方向晶界。XRD分析表明兩組均形成良好的鈣鈦礦相，但目標(biāo)組的（100）和（200）晶面織構(gòu)系數(shù)更高（2.44 vs. 2.32），表明晶體取向性增強(qiáng)。原位GIWAXS進(jìn)一步觀察到，PACI的引入引導(dǎo)（100）晶面在退火過程中逐漸形成高度有序的面朝上堆疊結(jié)構(gòu)，而對(duì)照組則始終保持無序狀態(tài)。這種取向生長有利于減少晶界和缺陷，促進(jìn)載流子傳輸。

為探究PACI的作用機(jī)制，1H NMR分析發(fā)現(xiàn)PACI在高溫退火后從薄膜中逸出，表明其作為臨時(shí)模板劑發(fā)揮作用。DFT計(jì)算揭示PACI中的PA分子與鈣鈦礦（100）面的結(jié)合能（-1.09 eV）高于（110）面（-0.88 eV），從而優(yōu)先吸附并引導(dǎo)（100）晶面朝外生長。

光學(xué)特性與載流子動(dòng)力學(xué)

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a對(duì)照組和目標(biāo)組鈣鈦礦薄膜的PL光譜;b 共聚焦PL映射圖和 c TRPL測試結(jié)果;d對(duì)照組和g目標(biāo)組薄膜的AFM形貌圖及相應(yīng)的TP-AFM掃描區(qū)域標(biāo)記（紅色框，100 × 100 nm2）;e對(duì)照組和h目標(biāo)組薄膜的TPV載流子復(fù)合壽命映射圖;f 對(duì)照組和 i 目標(biāo)組薄膜的擴(kuò)散長度映射圖

光致發(fā)光（PL）光譜顯示添加PACI的目標(biāo)組薄膜的PL強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，共聚焦PL映射圖顯示其發(fā)光均勻性更好，時(shí)間分辨PL（TRPL）顯示載流子壽命延長。空間電荷限制電流（SCLC）測試表明，目標(biāo)組的缺陷態(tài)密度從對(duì)照組的0.86×101? cm?3降至0.65 × 101? cm?3。

通過瞬態(tài)光響應(yīng)原子力顯微鏡（TP-AFM）對(duì)納米尺度的載流子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行映射。結(jié)果表明，目標(biāo)組在晶粒和晶界區(qū)域的復(fù)合壽命均延長，傳輸時(shí)間縮短。統(tǒng)計(jì)分析顯示，目標(biāo)組中擴(kuò)散長度（LD）超過233 nm的載流子比例從43.7%（對(duì)照組）提升至66.8%，增幅超過20%。證實(shí)了PACI通過優(yōu)化結(jié)晶質(zhì)量和取向，有效提升了載流子的提取和傳輸效率。此外，目標(biāo)組薄膜在空氣中的相穩(wěn)定性也得到顯著提升。

單結(jié) WBG 鈣鈦礦電池的性能

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a 電流密度-電壓曲線;b 最大功率點(diǎn)（MPP）跟蹤;c EQE曲線及積分電流密度;d-g 不同PACI濃度對(duì)電池性能參數(shù)（PCE, Voc, Jsc, FF）的影響統(tǒng)計(jì)箱線圖

基于優(yōu)化后的薄膜，制備了單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池（結(jié)構(gòu)：Glass / ITO / Me-4PACz / Perovskite / C?? / SnO? / Ag）。目標(biāo)組最優(yōu)電池實(shí)現(xiàn)了17.48%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），Voc高達(dá)1.315 V，F(xiàn)F為82.33 %，Jsc為16.14 mA/cm2，各項(xiàng)參數(shù)均優(yōu)于對(duì)照組（16.64%）。最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）驗(yàn)證了電池的輸出穩(wěn)定性。外量子效率（EQE）積分電流與J-V測試結(jié)果一致。高分辨率EQE分析顯示，目標(biāo)組的Urbach能量（Eu）降至19.59 meV （對(duì)照組 20.15 meV），表明薄膜的子帶隙缺陷態(tài)減少，材料有序性得到提升。

鈣鈦礦 / 有機(jī)疊層電池的性能

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a電池的截面SEM圖像;b J-V曲線（活性面積 = 0.05 cm2）;c 16個(gè)疊層電池效率的統(tǒng)計(jì)分布;d EQE曲線及各自的積分電流密度;e 由SIMIT認(rèn)證的器件J-V曲線;f 近三年來報(bào)道的鈣鈦礦/有機(jī)疊層電池效率總結(jié);g 最大功率點(diǎn)（MPP）跟蹤穩(wěn)定性測試（ISOS-L-1協(xié)議）

將1.84 eV鈣鈦礦作為前電池，與窄帶隙（1.38 eV）有機(jī)子電池（PM6:Y18體系）集成，制備了兩端單片鈣鈦礦/有機(jī)疊層電池（結(jié)構(gòu)：ITO / Me-4PACz / Perovskite / C?? / SnO? / ITO / MoO? / Organic / PDINN / Ag）。最優(yōu)疊層電池實(shí)現(xiàn)了26.46 %的效率，Voc高達(dá)2.120 V，F(xiàn)F為82.08%，Jsc為15.21 mA/cm2，且16個(gè)電池的效率分布集中，表現(xiàn)出良好重復(fù)性。EQE測試顯示兩個(gè)子電池的積分電流密度高度匹配（鈣鈦礦: 14.97 mA/cm2; 有機(jī): 14.93 mA/cm2），證實(shí)了良好的電流平衡，該結(jié)果經(jīng)第三方獨(dú)立認(rèn)證（SIMIT），認(rèn)證效率達(dá)25.82%，是當(dāng)前已報(bào)道的鈣鈦礦/有機(jī)疊層電池的最高效率之一。在ISOS-L-1測試協(xié)議下，封裝后的疊層電池連續(xù)運(yùn)行400小時(shí)后，仍能保持90%的初始效率，展現(xiàn)了優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性。

本研究成功實(shí)現(xiàn)了 1.84 eV 鈣鈦礦的混合沉積，為 WBG 鈣鈦礦的綠色制備提供了可持續(xù)方案。通過添加PACl，有效調(diào)控了陽離子與鹵化鉛的相互作用，實(shí)現(xiàn)了（100）晶面的主導(dǎo)面朝上堆疊生長。該疊層電池在 ISOS-L-1 協(xié)議下經(jīng) 400 h MPPT 測試后，仍保持初始效率的 90%，穩(wěn)定性優(yōu)異。本研究為鈣鈦礦基疊層太陽能電池的規(guī)模化發(fā)展提供了切實(shí)可行的設(shè)計(jì)思路。

鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測試儀

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鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測試儀采用A+AA+級(jí)LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進(jìn)的技術(shù)和多功能設(shè)計(jì)，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強(qiáng)有力的支持。 3A+光源，真實(shí)還原各場景實(shí)際光照條件

配恒溫恒濕箱，滿足IS0S標(biāo)準(zhǔn)

多型號(hào)電子負(fù)載可選，多通道獨(dú)立運(yùn)行

未封裝器件配氮?dú)鈯A具，防水氧侵蝕

美能鈣鈦礦最大功率點(diǎn)追蹤測試儀主要應(yīng)用于成品鈣鈦礦單結(jié)，疊層成品電池穩(wěn)定性測試。由于鈣鈦礦電池的輸出特性易受光照、溫度等環(huán)境因素影響，其最大功率點(diǎn)會(huì)頻繁波動(dòng)。MPPT控制器通過實(shí)時(shí)追蹤并鎖定最大功率點(diǎn)，能確保系統(tǒng)始終以最優(yōu)功率輸出。這不僅能最大化發(fā)電量，還能提升整個(gè)光伏系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

原文參考：Regulating wide-bandgap perovskite face-on stacking in hybrid-deposited perovskite/organic tandem solar cells

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