有機-無機鹵化物鈣鈦礦因可調帶隙等優異光電特性，其太陽能電池（PSCs）實驗室功率轉換效率已從 3.8% 突破至 26% 以上，溶液法制備的鈣鈦礦光伏電池還具低成本、輕量化、可穿戴優勢，成為新型電源重要方向；但商業化面臨核心問題：現有制備方法缺陷明顯，旋涂法墨水浪費超 90% 且難制大尺寸均勻膜，工業級涂布設備笨重，模塊激光刻劃成本高且易致薄膜降解，其他方案也受墨水或材料兼容性限制。

大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過無接觸式測試，監測各個工藝段中的異常，了解單節疊層鈣鈦礦電池的缺陷分布信息；研究提出馬克筆書寫技術，通過調控墨水濃度等參數及利用馬克筆纖維毛細管結構，實現鈣鈦礦薄膜精準制備，無需掩膜激光即可制得效率16.3%（剛性）、14.5%（柔性）的碳電極鈣鈦礦太陽能模塊，還能多基板制備，為鈣鈦礦光伏的多場景應用提供了新思路。

MPW下鈣鈦礦薄膜的原理與優勢

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馬克筆書寫鈣鈦礦薄膜的原理與表征a) 馬克筆結構及筆尖、儲墨芯的SEM圖像b) 薄膜書寫過程與所得MAPbI?薄膜的SEM圖像c, d) 筆尖對鈣鈦礦膠體的均化與過濾作用e) 筆尖促進均勻成核示意圖f) 書寫過程中彎液面形成示意圖g) 書寫所得的均勻濕膜

本研究提出了一種名為“馬克筆書寫”的鈣鈦礦薄膜制備技術。馬克筆由筆尖、儲墨芯和筆殼組成，其纖維-毛細結構可自發吸附并均勻輸送墨水，筆尖則起到膠體均化器的作用，能過濾掉團聚的大顆粒（>1000 nm），輸出單分散性良好的約2.5 nm膠體顆粒。

書寫過程中，筆尖與襯底接觸產生剪切力，形成穩定的彎液面，通過控制書寫速度（約80 mm/s）和壓力（約1.5 N），可實現均勻的濕膜沉積。隨后通過氣體淬火（如N?吹掃）去除低沸點溶劑（如2-甲氧基乙醇，2-ME），保留高沸點溶劑（如N-甲基吡咯烷酮，NMP）形成中間相，再經退火處理獲得大晶粒、致密的鈣鈦礦薄膜。

大面積與圖案化薄膜的制備

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MPW技術的大面積與圖案化能力a) 不同面積的手寫薄膜b)130 cm2大面積手寫薄膜c)5×5 cm2薄膜的PL映射圖d) 通過墨水濃度調控薄膜厚度的SEM圖像e) 在柔性襯底上書寫的復雜圖案f) 多種溶液法制備圖案化薄膜的性能對比

MPW技術具備良好的圖案化能力，通過調節筆尖寬度、墨水濃度、書寫壓力與速度，可實現薄膜厚度在200–1300 nm之間調控，面積可達100 cm2以上。光致發光（PL）映射圖和紫外-可見吸收光譜顯示，書寫薄膜在大面積范圍內具有良好的均勻性。

與傳統涂布技術（如絲網印刷、噴涂、噴墨打印）相比，MPW無需掩膜或激光刻蝕，設備便攜、操作簡單，且對墨水性質適應性強，具備更高的實用性和可及性。

常溫書寫無需退火的鈣鈦礦薄膜

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退火與未退火鈣鈦礦薄膜的結晶過程分析a) 不同溶劑體系的原位結晶過程光學顯微鏡圖像b, c) 退火與未退火薄膜的時間分辨原位吸收光譜d) 未退火薄膜的FTIR光譜與XRD圖譜e) 不同溶劑下的鈣鈦礦結晶路徑示意圖

為進一步提升實用性，研究者通過溶劑工程，將高沸點NMP替換為高蒸氣壓的四氫呋喃（THF），實現了在室溫下僅通過氣體淬火即可直接書寫結晶鈣鈦礦薄膜，無需退火步驟。XRD和FTIR分析表明，使用2-ME/THF溶劑體系可避免PbI?-NMP中間相的形成，直接獲得純相鈣鈦礦。盡管未退火薄膜的晶粒尺寸和載流子壽命略低于退火樣品，但其表面平整、致密，適用于不耐高溫的柔性襯底。

C-PSCs：效率與穩定性雙優

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碳電極鈣鈦礦太陽能電池的性能a) 低溫處理C-PSC的截面SEM圖b) 剛性與柔性退火C-PSC的冠軍J-V曲線c) 退火C-PSC的EQE光譜及積分電流d) 室溫處理C-PSC的截面SEM圖e) 剛性與柔性未退火C-PSC的冠軍J-V曲線f) 未退火C-PSC的EQE光譜及積分電流g) 柔性電池在彎曲測試中的效率衰減曲線h)電池的長期環境、熱及運行穩定性

基于MPW技術，研究者構建了結構為ITO / SnO? / 鈣鈦礦 / P3HT / NiO? / 碳的剛性及柔性碳電極PSCs（C-PSCs）。在AM 1.5G光照下，剛性退火C-PSCs的最高PCE達20.4 %（J?c=23.33 mA/cm2，V?c=1.16 V，FF=75.4%），柔性電池也達到19.0 %，創下柔性C-PSCs的效率紀錄。未退火電池的剛性與柔性PCE分別為18.0 %和16.4 %，優于多數已報道的無需退火的金屬電極PSCs。

電池具有良好的重復性，20個獨立電池的效率分布集中。柔性電池在彎曲測試中表現出良好的機械穩定性，退火電池在2000次彎曲后仍保持83.2%的初始效率。未封裝電池在空氣中存儲1050小時后效率保持93.6%，在85℃熱老化及最大功率點持續運行下也表現出優異的穩定性。

無激光刻劃，多場景應用

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鈣鈦礦太陽能模塊的性能與實際應用演示a) C-PSM的制備流程與結構示意圖b) 筆寫薄膜間的最小間距（P2）c) 剛性與柔性C-PSM的冠軍J-V曲線d) C-PSM作為電源驅動便攜電子設備e) 柔性C-PSM為智能手環充電f) 柔性C-PSM的折疊、彎曲、扭曲特性及為手機充電演示g) 氣球襯底上PSM在充/放氣狀態下為電子表供電h) 玻璃紙襯底上PSM的折疊狀態及點亮LEDi) 仿生太陽能葉片模塊在樹蔭及光照下的應用

MPW技術無需激光刻蝕即可直接書寫條紋狀子電池，實現了無掩膜、無激光的模塊制備。4 cm×4 cm的剛性與柔性碳電極PSMs（C-PSMs）分別實現了16.3%和14.5%的模塊效率，優于多數傳統印刷技術制備的PSMs。未退火模塊的PCE也達到11.7%（剛性）和11.0%（柔性）。

在實際應用中，MPW制備的C-PSMs可作為戶外便攜設備（如電子羅盤、溫濕度計）的應急電源，也可作為智能手環等可穿戴設備的自供電系統。柔性模塊具備優異的可折疊、彎曲和扭曲能力，可直接貼附于衣物或曲面。此外，研究者還在氣球和玻璃紙上書寫了無ITO、無退火的PSMs，展示了其在彈性襯底上的適用性。甚至成功制備出仿生太陽能葉片狀的不規則模塊，兼具美學與功能性。

本文證明，MPW技術能突破鈣鈦礦光伏的制備瓶頸：不僅實現薄膜厚度、面積、成分的精準調控，還能在大氣環境下無退火書寫，且無需激光和掩膜即可制備模塊。其核心優勢在于：低成本、易操作、可規模化、適配多基板。性能上，手寫C-PSCs 效率達 20.4%（剛性退火）、19.0%（柔性退火），C-PSMs 效率達 16.3%（剛性）、14.5%（柔性），且穩定性優異；應用上，可驅動溫濕度計、智能手環、手機等設備，還能制備仿生太陽能葉等不規則模塊。這種技術有望推動鈣鈦礦光伏從實驗室走向民用，拓展至應急電源、可穿戴電子、藝術化能源裝置等更多場景。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

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大平臺鈣鈦礦電池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

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀采用無接觸式測試方式，可實時監測鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質量異常，精準定位單結及疊層電池中的缺陷分布。

原文參考：Marker pen writing of perovskite solar modules

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