鈣鈦礦 / 硅疊層電池是光伏領域的重要方向，但現有高性能疊層電池多以 “溶液法” 制備鈣鈦礦，需定制硅底電池（如拋光、適配金字塔尺寸），與工業主流 > 1μm 隨機金字塔紋理硅不兼容；全紋理鈣鈦礦/硅疊層電池雖低成本且光管理優，卻受困于鈣鈦礦 / C??界面鈍化難題。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。

本研究用兼容工業紋理硅的混合兩步鈣鈦礦沉積法，引入PDAI 處理鈣鈦礦表面，解決全紋理電池關鍵瓶頸（金字塔高度>1μm）-制備出認證效率 33.1%（VOC=2.01 V）、戶外穩定性優異的高性能全紋理鈣鈦礦 / 硅疊層太陽能電池。

核心機制：從界面到體相的電子積累

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基于模擬的策略以克服鈣鈦礦載流子傳輸層界面的非輻射復合與傳輸損失

基于實驗驗證的鈣鈦礦 / 硅疊層電池模型，通過光電電池模擬明確了鈣鈦礦 / C??界面的優化方向，界面性能主要由兩個參數決定（化學鈍化質量、能帶排列特性）。通過引入具有高偶極矩的PDAI分子對鈣鈦礦表面進行處理，我們成功實施了功函數工程：

減少界面復合：PDAI與鈣鈦礦表面（本研究采用混合兩步法，形成富有機物的表面終止）相互作用，形成正偶極（負極朝向C??，正極朝向鈣鈦礦）。這有效降低了ΔEC,ETL（從180 meV降至70 meV），使電子在界面處大量積累，顯著抑制了界面復合，從而提升了VOC。

提升體相電導率：由于鈣鈦礦材料本征的特性，這種界面處的電子積累效應延伸至整個鈣鈦礦吸收層，使得體內的電子濃度提升了近40倍。根據公式 σ = q * n * μ，電導率（σ）隨之大幅提高，從而顯著降低了串聯電阻和傳輸損失，成為FF提升的主要驅動力。

數據分析表明在1-sun 光照下 OC 和最大功率點（MPP）條件下，目標電池的高 n/p 比仍能維持；鈣鈦礦 iVOC 從 1.12 V 升至 1.20 V（S?,ETL 均為 7×10? cm/s），疊層電池外電路 VOC 從 1.84 V 升至 1.92 V；全鈣鈦礦體相平均電子濃度從 1×101? cm?3（參考）升至 4×101? cm?3（目標），顯著提升電子向 ETL 的傳輸效率。

PDAI 與鈣鈦礦表面的相互作用

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能量學與表面化學特性

通過濕化學旋涂法（可擴展為浸涂）在鈣鈦礦 / C??界面引入 PDAI；XPS證實了PDAI分子的存在、UPS表明PDAI 誘導形成了表面偶極子及DFT計算證實PDAI 與富有機表面作用形成正偶極子。這一差異表明，鈣鈦礦表面終止特性與分子 - 表面相互作用，是決定偶極子取向的關鍵因素，對鈍化分子的作用效果至關重要。

表面鈍化效果與導電性提升

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鈍化效果與導電性影響

為驗證 PDAI 對鈣鈦礦的表面鈍化效果及導電性提升作用，研究通過多類精準表征手段得出核心結論：

高光譜光致發光（PL）成像：顯示無 C??時參考鈣鈦礦內建開路電壓平均 1.23 V、標準差 38 mV，PDAI 處理后 iVOC 升至 1.25 V（提升 20 mV）、標準差降至 26 mV，體現輕微化學鈍化作用，且沉積 C??后 PDAI 鈍化堆疊 iV_OC 仍維持 1.23 V（參考樣降至 1.15 V），AM-KPFM）進一步證實接觸電位分布更均勻；

TRPL/TA光譜：顯示PDAI處理有效抑制了界面復合和淺陷阱態，延長了載流子壽命。

Suns-VOC & Suns-PL成像：關鍵性地證明了FF的提升主要源于傳輸損失的降低（pFF-FF差值從6%降至3%），而非選擇性或復合的改善（iFF和iVOC-VOC差值變化很小）。

THz/SCLC測量：排除了遷移率（μ）變化的主導作用，確認電子濃度（n）的增加是電導率提升的根本原因。

電池性能與穩定性

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鈣鈦礦 / 硅疊層太陽能電池的性能與穩定性

將PDAI策略應用于全織構疊層電池后：

效率：最佳效率從29.1%提升至32.3%，最終通過調整鈣鈦礦帶隙優化電流匹配，效率達到33.1%（VOC=2.01 V）。

重現性：該策略在多個國際實驗室（KAUST, Fraunhofer ISE）均展現出優異的重復性。

穩定性：在紅海沿岸的戶外測試中，PDAI電池顯示了極其穩定的電流輸出，而參比電池的電流則持續衰減。BACE測量表明，PDAI處理將可移動離子濃度降低了約三分之二，有效抑制了離子遷移，這是穩定性增強的關鍵原因。濕熱穩定性測試（85°C/85% RH, 1000h）同樣證實了其增強的穩定性。

本研究闡明了一種先前被忽視的機制：界面處的場效應鈍化能夠深度調制鈣鈦礦體相的電子傳輸特性。PDAI處理通過同時減少界面復合和體相傳輸損失，一舉攻克了全織構疊層電池在VOC和FF方面的核心難題，使其性能與更復雜的平面結構相當。更重要的是，該方法與工業化織構硅片完全兼容，為鈣鈦礦/硅疊層電池的商業化量產鋪平了道路。未來的工作可進一步聚焦于優化混合法制備的鈣鈦礦體相質量，以期實現更高的性能突破。

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，疊層成品電池穩定性測試。由于鈣鈦礦電池的輸出特性易受光照、溫度等環境因素影響，其最大功率點會頻繁波動。MPPT控制器通過實時追蹤并鎖定最大功率點，能確保系統始終以最優功率輸出。這不僅能最大化發電量，還能提升整個光伏系統的工作穩定性和經濟性。

原文參考：Electron accumulation across the perovskite layer enhances tandem solar cells with textured silicon

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