寬帶隙鈣鈦礦因混合鹵化物組分具備1.5-2.3 eV可調帶隙，廣泛應用于疊層太陽能電池，但帶隙提升至1.95 eV所需的高溴含量會導致鹵化物分布不均、相分離加劇及載流子復合增強，引發顯著開路電壓損失。單結鈣鈦礦電池受肖克利-奎瑟極限限制，疊層電池成為效率突破關鍵，而三結電池因寬帶隙頂電池性能短板，實際效率落后于雙結電池，現有策略仍難解決高溴鈣鈦礦的核心缺陷。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。

本研究提出鹵化物混合制動策略，引入氰酸鉀（KOCN）作為“制動器”，減緩退火過程中鹵化物交換速率，促進其均勻分布并降低缺陷密度，最終使1.95 eV單結電池效率達15.93 %，三結全鈣鈦礦疊層電池效率超30 %，為高效寬帶隙及多結疊層電池發展提供有效方案。

實驗設計與核心機制

Millennial Solar

本研究制備了兩組鈣鈦礦太陽能電池：對照組采用 FA?.??Cs?.??PbI?.?Br?.?（FA = 甲脒鎓）鈣鈦礦材料，目標組則通過鹵化物混合制動策略處理，在前驅體溶液中添加 KOCN。選擇 OCN?離子的核心原因是其離子半徑與 Br?相近，相比硫氰酸根（ SCN? ）等常用離子，更能適配鹵化物混合體系，發揮調控作用。

研究團隊提出的核心機制假設為：KOCN的引入會減緩鹵化物遷移速率，使晶粒生長更可控，進而實現鹵化物均勻分布；同時減少薄膜缺陷態，抑制非輻射復合，最終提升電池性能。為驗證這一假設，研究開展了一系列系統表征，從結晶動力學、薄膜微觀結構、載流子動力學到電池電學性能，全面探究KOCN的作用效果。

關鍵實驗結果

Millennial Solar

薄膜特性優化

(a) KOCN在薄膜形成過程中作用的示意圖。(b)對照組和(c)目標組在退火過程中薄膜的原位紫外-可見吸收光譜。(d)吸收邊處原位紫外-可見吸收強度隨時間的變化曲線。(e)對照組和(f)目標組鈣在鈦礦薄膜（100）衍射峰隨不同退火時間的演變

結晶動力學與鹵化物分布：通過原位紫外-可見吸收光譜觀察發現，目標組薄膜的鹵化物混合速率顯著慢于對照組，最終吸收光譜中延遲的吸收邊證實KOCN有效抑制了鹵化物遷移和交換。這一現象源于OCN?與FAI的相互作用，減緩了FAI插入[PbX?]??八面體的過程，紅外光譜中OCN?伸縮振動峰的位移也印證了這一相互作用。能量色散光譜（EDS） mappings顯示，目標組薄膜中溴和碘的分布更均勻；X 射線衍射（XRD）分析表明，目標組薄膜的（100）擇優取向增強，有利于載流子傳輸并降低陷阱態密度。

薄膜的頂視SEM圖像：(a)對照組，(b)目標組。薄膜的AFM圖像：(c)對照組，(d)目標組。薄膜的KPFM圖像：(e)對照組，(f)目標組

微觀形貌與表面特性：掃描電子顯微鏡（SEM）觀察顯示，對照組薄膜晶粒尺寸較?。?200 nm），晶界密度高；而目標組薄膜晶粒尺寸顯著增大，平均增幅約 100 nm，且截面形貌更優，減少了缺陷并利于載流子傳輸。原子力顯微鏡（AFM）測量表明，目標組薄膜的均方根（RMS）表面粗糙度從對照組的11.8 nm降至10.6 nm，改善了鈣鈦礦與傳輸層的界面接觸。開爾文探針力顯微鏡（KPFM）顯示，目標組薄膜接觸電勢更均勻，表明鹵化物分布和薄膜質量得到顯著提升。

(a)對照組和目標組鈣鈦礦薄膜的PL光譜；(b)對照組和目標組鈣鈦礦薄膜的TRPL光譜；(c)對照組和(d)目標組：薄膜的光致發光成像圖

載流子動力學：穩態光致發光（PL）和時間分辨光致發光（TRPL）測量顯示，目標組薄膜的PL強度明顯高于對照組，且載流子壽命更長，說明KOCN處理有效減少了非輻射復合。模擬1太陽光照下的PL光譜顯示，對照組發生明顯相分離，而目標組僅出現輕微分離；PL mapping圖像進一步證實，目標組薄膜在更大區域內具有更均勻的高 PL 強度，表明薄膜質量和載流子傳輸特性得到全面優化。

電池性能突破

(a)單結1.95 eV帶隙PSCs的電池結構；(b)對照組和目標組薄膜的UPS；(c) 電池中各層的能級排列圖；(d)J-V曲線；(e) EQE光譜；(f)對照組和目標組電池的穩態功率輸出；(g)奈奎斯特圖；(h)光強依賴的J-V 曲線；(i)對照組和目標組電池的莫特 - 肖特基圖

單結電池性能：單結寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池采用 ITO/NiO?/SAM/PVK/C??/BCP/Cu 結構。紫外光電子能譜（UPS）測量顯示，KOCN的摻入優化了薄膜能級排列，利于載流子傳輸。瞬態光電流（TPC）測量表明，目標組電池的載流子提取和傳輸速率更快。陷阱填充極限電壓（VTFL）測試顯示，目標組薄膜的缺陷態密度（ntrap）從對照組的 1.96×101? cm?3 降至0.69×101? cm?3。最終，目標組電池的開路電壓從對照組的1.35 V提升至1.40 V，填充因子從0.79提高至0.83，光電轉換效率從14.41%提升至15.93%，處于目前≥1.95 eV PSCs的領先水平。

穩定性提升：在氮氣手套箱中進行的連續最大功率點（MPP）跟蹤穩定性測試表明，目標組電池在 300 h 后仍保持約 85% 的初始效率，而對照組保留率低于 60%。這一提升得益于目標組薄膜質量的改善、缺陷密度的降低和鹵化物的均勻分布，有效抑制了相分離和離子遷移。

(a)TSCs的電池結構；(b)WBG、MBG和NBG鈣鈦礦太陽能電池的J-V 曲線；(c)EQE光譜；(d)穩態功率輸出

濾光前與濾光后的WBG、MBG和NBG鈣鈦礦太陽能電池的光伏參數

三結疊層電池性能：基于單結電池的優異表現，研究團隊制備了機械堆疊三結全鈣鈦礦疊層太陽能電池，采用半透明寬帶隙（WBG）PSCs 作為頂電池、中帶隙（MBG）PSCs 作為中間電池、窄帶隙（NBG）PSCs 作為底電池。為減少電極制備對鈣鈦礦層的損傷，半透明 WBG PSCs 中采用原子層沉積（ALD）制備的 SnO?替代 BCP，其光電轉換效率達到14.4%，穩定效率為14.20%。經過半透明頂電池過濾后，中帶隙中間電池和窄帶隙底電池分別實現 8.23%和7.42%的效率。最終，多端全鈣鈦礦疊層電池實現了30.04%的高效，穩定功率輸出維持在29.07%，展現出巨大的應用潛力。

本研究通過引入KOCN作為晶體生長調節劑，提出了創新的鹵化物混合制動策略，成功制備出溴含量超過60 %的高質量鈣鈦礦薄膜。該策略不僅提升了鈣鈦礦薄膜的結晶度、降低了缺陷密度，還通過延長結晶過程中鹵化物的遷移與交換時間，實現了鹵化物均勻分布。這些優化有效減少了電壓損失，抑制了非輻射復合，顯著提升了電池性能：單結 1.95 eV 帶隙PSCs實現15.93 %的效率和1.40 V的開路電壓，機械堆疊三結全鈣鈦礦疊層電池效率突破30 %，達到目前該領域的領先水平。

該研究為改善高溴含量寬帶隙 PSCs 的晶體質量和減少電壓損失提供了有效途徑，將有力推動多結全鈣鈦礦疊層電池向更高效率、更高穩定性方向發展，為光伏技術的產業化應用注入新動力。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

Millennial Solar

聯系電話：400 008 6690

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：Halide-mixing braking strategy for 1.95 eV wide-bandgap perovskites enabling high-efficiency triple-junction tandems

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發布的原創及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞光伏行業相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，若有侵權，請及時聯系我司進行刪除。

關于我們

「美能光伏」涵蓋太陽能光伏的整個產業鏈：從機理研究到組件以及發電廠的質量保證。我們的研發范圍旨在與行業合作，促進在市場上推出新的創新產品。我們的目標是降低制造成本并支持中國光伏產業參與國際競爭。

公司研發出美能在線四探針，在線poly膜厚檢測儀，網版測試儀、微晶晶化率測試儀、量子效率測試儀、橢偏儀、美能二次元測試儀、美能3D顯微鏡、美能TLM等一系列先進光伏電池片檢測設備。同時針對光伏組件 IEC61215、IEC61730測試標準以及BIPV光伏建筑一體化提供專業的光伏組件綜合測試解決方案。