鈣鈦礦/鈣鈦礦/硅三結太陽能電池具有高功率輸出和低成本的潛力，但其發展受到鈣鈦礦相不穩定性的限制，影響了電池的可重復性和性能。美能鈣鈦礦復合式MPPT測試儀采用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。

本文通過引入3-銨基丙酸碘鹽（3A）作為添加劑，顯著提升了兩種鈣鈦礦吸收層的相穩定性，進而實現了高效率、高穩定性和良好重復性的三結太陽能電池。

三結電池的相不穩定性瓶頸

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理論上，通過將帶隙約為1.50 eV的中間電池和帶隙約為2.0 eV的頂電池與硅底電池結合，三結太陽能電池的效率極限可逼近49.5%。然而，實現該理論面臨兩大核心挑戰：

中間層不穩定性：為實現~1.50 eV的理想帶隙，中間層鈣鈦礦需采用接近純相的甲脒鉛碘（FAPbI?）。但該材料在后續制備工藝的熱循環、濕度暴露或水基原子層沉積過程中，極易從光活性的黑色α相轉變為非活性的黃色δ相，導致電池性能衰退和制備重復性差。

頂層相分離：為實現~2.0 eV的寬禁帶，頂層鈣鈦礦需富含溴元素。這類材料在光照下會發生鹵素離子遷移與相分離，形成低帶隙區域，造成電壓損失和性能不穩。

3A添加劑增強相穩定性

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本文提出使用3-銨基丙酸碘鹽（HOOC–CH?–CH?–NH??I?，簡稱3A）作為鈣鈦礦晶格的修飾劑。3A分子中的羧基（–COOH）可與鈣鈦礦中的Pb2?、Cs?、FA?等陽離子形成額外鍵合，從而提高相變能壘，抑制空位缺陷的形成，增強相穩定性。

中間層鈣鈦礦的穩定性提升

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中間層與頂層鈣鈦礦的相穩定性：a. 在～60% RH空氣下的時間依賴XRD圖譜b.在100℃/140℃退火10min后的XRD圖譜c. DFT模型及細節d. 相變能DFT結果e. 空位形成能DFT結果f. PL光譜

通過對比未修飾、3C（n-丙基銨碘鹽）和3A修飾的FAPbI?薄膜，XRD結果顯示：

對照組在 >60 % RH環境下1天內發生α→δ 相變；3C組延遲至2天；3A組則延遲至3天以上。此外，3A修飾還顯著提升了電池的濕熱穩定性：在85°C/85% RH條件下，3A修飾的電池在1340小時后仍保持86.4 %的初始效率，而對照組在800小時后已下降25 %。

頂層鈣鈦礦的光致相分離抑制

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對于成分為Cs?.?FA?.?PbBr?.?I?.?的~2.0 eV鈣鈦礦，3A修飾有效抑制了光致相分離。在1太陽光照下，對照組10分鐘內出現低帶隙相，而3A組在45分鐘內未發生相分離。

鈣鈦礦薄膜：電子性能同步優化

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a.鈣鈦礦的QFLS（Δμ）mapping及結果；b.TRPL衰減曲線及載流子壽命；c.STEM圖像；d.界面的ΔEint及DFT；e.瞬態光電流衰減曲線

3A策略不僅提升了穩定性，還意外地改善了鈣鈦礦材料的電學性能：

體相質量優化：中層鈣鈦礦的載流子壽命從對照組的1.39μs提升到2.33 μs（載流子存活時間越長，發電效率越高），表明其非輻射復合損失被有效抑制。

界面性質增強：3A分子在鈣鈦礦與空穴傳輸層（MeO-2PACz）的界面處起到了“橋梁”作用。STEM顯示界面孔洞消失，DFT計算證實其降低了界面能、增強了相互作用，從而促進了更高效的電荷抽取。

通用性強：在含甲基銨（MA?）的鈣鈦礦中，3A也能提升性能，證明其不受具體組成限制。

單結電池：效率與穩定性雙突破

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a.光伏參數統計（n=12，含正反向掃描）；b. J-V曲線及光伏參數；c. 在85℃/85% RH、開路下老化1000h的歸一化PCE；d. 在室溫 MPP跟蹤下的歸一化PCE

中間層電池效率從24.1%提升至25.4%；頂層電池效率從13.1%提升至14.6%；穩定性方面，3A修飾的中間層電池在85°C/85%RH的苛刻濕熱測試中，1000小時后仍保持89% 的初始效率；在最大功率點跟蹤下，1300小時后仍保持94%的效率。

三結疊層太陽能電池性能

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a.結構示意圖及截面SEM圖像；b.電池特性統計（n=5）；c. 最優J-V 曲線；d. EQE 圖譜；e.在充氮手套箱、1太陽下的歸一化PCE

將 3A 修飾的中頂層鈣鈦礦與硅底電池集成，制備出 1cm2的三結電池（Si底電池/中間鈣鈦礦/頂層鈣鈦礦）。結果如下：

效率突破：最高功率轉換效率（PCE）達28.7 %，是目前已報道鈣鈦礦基三結電池的最高值之一；

重復性提升：電池的性能波動大幅減小，效率方差從4.11降至1.19，證明了該工藝具備優異的可重復性。

高穩定性：未封裝的電池在連續1太陽光照下運行900小時后，仍能保持85%的初始效率，遠超對照組（500小時后下降36.4%）。

本文通過將含–COOH 的陽離子（如3A）引入鈣鈦礦晶格，與 Cs?、FA?、Pb2?形成額外鍵合，既提高相變能壘，又抑制肖特基缺陷形成。該策略有效緩解了 FAPbI?基中層鈣鈦礦的α→δ相變與富溴頂層鈣鈦礦的光誘導相分離，同時提升單結電池的濕熱穩定性與MPP跟蹤穩定性，且顯著提高PCE。為鈣鈦礦光伏的商業化提供了關鍵技術支撐。

鈣鈦礦復合式MPPT測試儀

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美能鈣鈦礦復合式MPPT測試儀采用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。 3A+光源，光源壽命10000h+，真實還原各場景實際光照條件

可選配恒溫恒濕箱，滿足IS0S標準

多型號電子負載可選，多通道獨立運行

不同波段光譜輸出可調：7.350-400nm/400-750nm/750-1150nm均獨立可控

美能鈣鈦礦復合式MPPT 測試儀主要應用于成品鈣鈦礦單結及疊層電池穩定性測試，因鈣鈦礦電池輸出特性易受光照、溫度等環境因素影響（如本文中光照致頂層鈣鈦礦相分離、溫度循環影響中層鈣鈦礦穩定性），其最大功率點頻繁波動，該測試儀的MPPT控制器可實時追蹤并鎖定最大功率點，確保系統始終以最優功率輸出，既最大化發電量，又提升光伏系統的工作穩定性與經濟性。

原文參考：Stabilized perovskite phases enabling efficient perovskite / perovskite / silicon triple-junction solar cells

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