鈣鈦礦太陽能電池因其優異的光電特性、溶液可加工性及低制造成本而備受關注，但其在光照、濕度、熱量等環境應力下的電池退化問題嚴重制約了其商業化進程。美能大平臺鈣鈦礦電池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。

本文提出了一種針對鈣鈦礦電池埋入界面的構象工程策略，通過從1,1 - 二苯乙烯（DPE）逐步演變為1 - 辛基 - 2-（1 - 苯基乙烯基）苯（OPVB）和二乙氨基羥基苯甲酰基己基苯甲酸酯（DHHB），實現了對添加劑功能的系統優化，包括紫外屏蔽、應力調控和化學鈍化。研究通過原位表征技術揭示了在光暗循環過程中，動態界面應力調控對提升電池穩定性的關鍵作用。

多功能分子設計與構象工程

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a. DPE、OPVB和DHHB的分子結構及功能演化示意圖。b. 通過玻璃膨脹儀測量的DPE和OPVB的熱膨脹系數。c. DHHB的晶面間距與溫度的關系，據此可計算其CTE。d. DPE、OPVB、DHHB和鈣鈦礦薄膜的CTE對比。e. 電池性能與機械彎曲循環次數之間的相關性。f. 通過掠入射X射線衍射測量的埋入界面處晶面間距的演變。g-i. DPE修飾 (g)、OPVB修飾 (h) 和 DHHB修飾 (i) 的薄膜的歸一化光致發光光譜隨厚度的變化。

本研究篩選了三種分子：DPE、OPVB和DHHB。DPE具有剛性共軛骨架，可有效吸收紫外光；通過在DPE骨架中引入柔性辛基鏈，構建了具有構象自由度的OPVB，使其具備通過熱膨脹調節應力的能力；進一步引入羥基和羰基官能團，得到DHHB，使其兼具紫外屏蔽、應力調控和缺陷鈍化三種功能。

通過對比不同分子修飾電池的性能，研究發現僅具有紫外吸收功能的DPE對效率提升有限，而OPVB和DHHB修飾的電池在開路電壓、填充因子和最終效率方面均有顯著提升。DHHB修飾的最佳電池實現了26.47%的光電轉換效率，并在20.5 cm2活性面積的組件中達到22.67%，顯示出良好的可擴展性。

應力調控機制與界面優化

a, b. 參比、DPE、OPVB和DHHB修飾的鈣鈦礦薄膜在埋入界面處的Pb 4f (a) 和 I 3d (b) 的XPS譜圖，其中灰色虛線標示了參比鈣鈦礦薄膜的峰位。c. 參比、DPE、OPVB和DHHB修飾的鈣鈦礦薄膜在埋入界面處的XRD圖譜。d. 通過XPS分析得到的參比和DPE/OPVB/DHHB修飾的鈣鈦礦薄膜在埋入界面處的I/Pb比值和Pb?/(Pb? + Pb2?)比值。e. 通過XRD分析得到的參比和DPE、OPVB、DHHB修飾的鈣鈦礦薄膜在埋入界面處的PbI?/(001)峰強度比和(001)峰的半高寬值。f-i. 參比 (f)、DPE修飾 (g)、OPVB修飾 (h) 和 DHHB修飾 (i) 的鈣鈦礦薄膜在埋入界面處的PL mapping圖。

通過熱膨脹系數測量，發現OPVB和DHHB的CTE分別為8.46×10?? K?1和9.18×10?? K?1，遠高于鈣鈦礦本身的4.60×10?? K?1，表明其能在溫度變化時通過自身膨脹緩解界面應力。XRD和PL光譜分析表明，未退火鈣鈦礦膜存在約46 MPa的拉伸應力，而OPVB和DHHB修飾后，埋入界面處的拉伸應力轉變為輕微壓應力，有利于提升相穩定性和電池性能。

二維PL mapping顯示，OPVB和DHHB修飾的薄膜在埋入界面處熒光強度更高且分布更均勻，DHHB因具備化學鈍化能力，表現出最強的PL強度。通過PLQY測試進一步區分了應力調控和化學鈍化的貢獻：在無應力影響的玻璃/鈣鈦礦結構中，DHHB顯著提升PLQY，表明其優異的鈍化效果；而在玻璃/SnO?/鈣鈦礦結構中，OPVB通過應力調控也顯著提升了PLQY。

光伏性能與穩定性評估

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a. DHHB修飾的鈣鈦礦薄膜的截面SEM圖像。b. 性能最佳電池的J-V曲線（反向掃描）。c. DHHB修飾鈣鈦礦電池的EQE光譜及其一階導數曲線。d. 參比、DPE、OPVB和DHHB修飾鈣鈦礦電池的電壓損失對比。S–Q代表Shockley–Queisser極限。e. DHHB修飾鈣鈦礦組件的J-V曲線。f. 參比、DPE、OPVB和DHHB修飾鈣鈦礦電池的離子遷移活化能統計對比。g-i. DPE修飾 (g)、OPVB修飾 (h) 和 DHHB修飾 (i) 的寬禁帶（1.67 eV）鈣鈦礦電池在連續光照下的PL光譜。j. 遵循ISOS-L-II協議的參比、DPE、OPVB和DHHB修飾鈣鈦礦電池在最大功率點跟蹤下的連續光照穩定性。k. 遵循ISOS-LC-1協議的參比、DPE、OPVB和DHHB修飾鈣鈦礦電池的晝夜循環穩定性。

在n-i-p結構中，OPVB通過應力調控提升了VOC和FF，而DHHB進一步通過協同作用將電壓損失降至68 mV，顯著抑制了非輻射復合。離子遷移激活能測試表明，DHHB修飾的電池Ea最高（0.342 eV），說明其能有效抑制離子遷移。

在寬禁帶鈣鈦礦電池中，DHHB修飾的電池在45分鐘光照后相分離抑制效果最佳，相對參比電池提升達75.6%。穩定性測試顯示，DHHB修飾的電池在ISOS-L-II連續光照下經過1,132小時仍保持96.2%的初始效率，T??壽命達3,434小時；在ISOS-LC-1光暗循環測試中，經過348小時仍保持88.8%的效率，T??壽命超過630小時。

光暗循環下的電池穩定性機制

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a. 參比鈣鈦礦在埋入界面處各狀態下的應力變化。b. 鈣鈦礦埋入界面在各狀態下晶格狀態變化的示意圖。紅色虛線圓圈表示鈣鈦礦晶體結構中產生的缺陷，包括離子空位缺陷、離子反位缺陷等。c-f. 參比鈣鈦礦埋入界面在初始暗態 (c)、首次光照 (d)、轉入暗條件 (e) 和再次光照 (f) 條件下的PL mapping圖。統計PL強度標尺范圍為500至2,500。g. DHHB修飾鈣鈦礦在埋入界面處各狀態下的應力變化。h. DHHB修飾鈣鈦礦埋入界面在各狀態下晶格狀態變化的示意圖。i-l. DHHB修飾鈣鈦礦埋入界面在初始暗態 (i)首次光照 (j)轉入暗條件 (k) 和再次光照 (l) 條件下的PL mapping圖。

在模擬實際晝夜溫度循環的條件下，參比電池在光照時部分釋放初始拉伸應力，但在冷卻過程中應力加劇并誘發缺陷形成。隨著循環次數增加，晶格釋放應變能力下降，缺陷累積導致性能衰減。而DHHB修飾的電池在整個光暗循環中保持規律的應力變化和穩定的光學性能，PL mapping顯示其熒光強度高且分布均勻，表明其具備優異的循環穩定性。

本研究通過逐步分子設計構建了具有紫外屏蔽、應力調控和化學鈍化三重功能的DHHB分子，系統解耦了各功能對電池性能與穩定性的貢獻。DHHB修飾的電池在小面積和組件中分別實現了26.47%和22.67%的高效率，并在連續光照和光暗循環測試中表現出卓越的穩定性。該研究為鈣鈦礦光伏電池的商業化提供了一種創新的多功能分子工程范式。

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：In situ dynamic regulation of strain at the buried interface of stable perovskite solar cells

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