鈣鈦礦光伏在生產成本、能量轉換效率及規?；瘧蒙暇邆滹@著優勢，是極具商業化潛力的光伏技術。但該技術商業化仍面臨三大關鍵障礙：制造過程依賴有毒溶劑、大面積鈣鈦礦薄膜質量不均、長期運行可靠性不足。美能溫濕度綜合環境試驗箱專為驗證評估組件或材料的可靠性，能達到快速升溫降溫，提升測試效率，滿足IEC61215等標準。

為破解這些難題，研究團隊開發了以γ-戊內酯/2-甲基四氫呋喃/二甲基亞砜為核心的綠色溶劑墨水，并創新提出溶劑限制邊緣保護（SCEP）策略，成功在環境空氣條件下實現低缺陷鈣鈦礦薄膜的規?；苽?，所產7200cm2組件經認證穩態效率達17.2%，且通過全部IEC61215可靠性標準，為鈣鈦礦光伏的商業化提供了環境友好且技術可行的路徑。

用于狹縫涂布的綠色溶劑

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(A)鈣鈦礦薄膜的示意圖;(B)制備鈣鈦礦薄膜的截面SEM圖;(C)VCD處理后中間相鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜;(D)等壓氣液平衡圖;(E)FTIR光譜;(F)1H-NMR光譜;(G)顯示GVL和2-MeTHF與鈣鈦礦配位的示意圖

本研究創新性地采用γ-戊內酯、2-甲基四氫呋喃和二甲基亞砜構成三元綠色溶劑體系。其中，2-MeTHF是關鍵組分，它來源于可再生生物質，生物毒性低，且其較高的揮發性有助于調節整個溶劑體系的蒸發動力學。

該體系能有效溶解FA?.??Cs?.??PbI?鈣鈦礦前驅體，并在真空干燥過程中促進均勻、快速的溶劑脫除，從而在120cm×60cm的大面積基板上形成高結晶質量、缺陷極少且與基底界面結合良好的鈣鈦礦薄膜。

溶劑限制邊緣保護（SCEP）策略

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(A) 對照和SCEP鈣鈦礦墨水液滴的接觸角圖像;(B) 鈣鈦礦濕膜溶劑蒸發的示意圖;基于太赫茲測量的對照 (C) 和SCEP (D) 鈣鈦礦薄膜的自由載流子動力學;(E) 基于太赫茲分析的對照和SCEP鈣鈦礦薄膜的遷移率（左）和擴散長度（右）; (F)XRD圖譜; (G)穩態PL光譜 ;(H)時間分辨PL衰減曲線

在大面積涂布過程中，溶劑在氣-固-液界面的自發揮發易導致薄膜邊緣結晶缺陷，嚴重影響組件整體性能。為此，研究團隊提出SCEP策略，在鈣鈦礦墨水中添加三甲基十四烷基氯化銨（TAC）表面活性劑：

TAC兼具親水與疏水官能團，可在溶液表面自組裝，調節墨水表面張力與結晶動力學，抑制邊緣區域溶劑快速揮發，實現全膜均勻揮發；

借助表面活性劑誘導的馬蘭戈尼效應，TAC能平衡溶液從表面到本體的流動，大幅提升大面積薄膜的邊緣質量，延長涂布工藝窗口。

測試表明，SCEP策略制備的鈣鈦礦薄膜載流子遷移率達67 cm2V?1s?1，擴散長度為0.54μm，均顯著優于對照組（分別為42 cm2V?1s?1和0.48 μm），且載流子壽命更長，非輻射復合減少，結晶質量與均勻性大幅提升。

薄膜與光伏組件性能

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(A)組件實物圖像;(B)PLmapping;(C)ELmapping;(D) 冠軍的20.25cm2、1017.5cm2和7200cm2組件的有效面積效率對比;(E) 對照和SCEP組件中心與邊緣區域的積分Jsc值對比;(F) 對照和SCEP組件總面積模塊PCE的統計直方圖;(G) 總面積7200cm2的性能最佳對照和SCEP組件的J-V曲線;(H) NREL認證的組件在360秒內的穩定Pmax、Imax和Vmax曲線圖

鈣鈦礦光伏組件采用FTO / NiO? / 鈣鈦礦 / C??/ SnO?/ Cu結構，其中鈣鈦礦層通過狹縫式涂布與真空腔干燥（VCD）工藝在環境條件下制備，其他功能層采用真空沉積法完成，后續經激光刻劃、電極沉積與封裝等步驟成型。

通過系統優化2-MeTHF含量（50 %體積分數）與TAC濃度（0.2 g/L），組件性能達到最佳水平：

小面積（20.25cm2）與中面積（1017.5cm2）SCEP組件的冠軍功率轉換效率（PCE）分別達21.9%和21.4%，對應的活性區域效率為22.6%和22.1%；

總面積7200cm2的商業化規模組件，實驗室測試PCE達18.0%，經NREL認證的穩態效率為17.2%，活性區域效率達20.7%，面積擴大后性能衰減極小，展現出優異的規?；瘽摿?。

光致發光（PL）與電致發光（EL）mapping測試顯示，SCEP組件的輻射發射更均勻，單日生產的127個組件輸出功率呈正態分布，平均功率達125 W，性能重現性良好。

鈣鈦礦光伏組件可靠性測試表現

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(A) 連續最大功率點跟蹤（MPPT）測試結果;(B)UV預處理測試結果;(C) 熱循環測試結果;(D) 濕熱測試結果;(E) 溫度系數對比；Al-BSF鋁背場；PERC鈍化發射極和背面電池；SHJ硅異質結；TC溫度系數； (F) 熱斑耐久測試結果;(G)PID測試結果

該組件通過了IEC 61215:2021標準規定的全部測試項目，展現出卓越的運行穩定性：

連續1050小時最大功率點跟蹤（MPPT）測試中，組件在60-65℃、30%-50%濕度環境下仍保留97.2%的初始效率，而對照組衰減近20%；

經36kWh/m2紫外輻照后，組件性能保留率達96.1%，遠超標準要求；-40℃至85℃熱循環200次后無明顯衰減，85℃、85%相對濕度的濕熱環境下1000小時仍維持100%初始效率；

熱點耐久性測試中，組件經3小時遮擋后效率降至87.6%，遮擋移除后可完全恢復；施加±1500V高壓90小時以上的潛在誘導衰減（PID）測試中，性能無顯著退化。

此外，該組件的效率溫度系數僅為-0.11 %/℃，優于傳統晶體硅組件（-0.29 %至-0.39 %/℃）。戶外電站實測顯示，2024年10月至2025年8月期間，組件輸出穩定，夏季溫度超過30 ℃時，發電量優于隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）硅基組件，展現出強大的實際應用競爭力。

本研究通過設計由2-MeTHF、GVL和DMSO組成的綠色溶劑體系，精準調控溶劑配位與蒸發動力學，開發了環保鈣鈦礦墨水。為實現大規模制備，引入表面活性劑TAC以均化溶劑揮發并提升鈣鈦礦結晶均勻性，在商業級組件上獲得17.2%認證效率，并滿足所有IEC61215可靠性標準。通過以可持續配方替代有毒溶劑，我們在保持高性能的同時解決了環境與可擴展性挑戰。此外，SCEP策略與優化的溶劑揮發性協同作用，實現了米級薄膜均勻性，克服了傳統方法的關鍵限制。

美能溫濕度綜合環境試驗箱

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美能溫濕度綜合環境試驗箱采用進口溫度控制器，能夠實現多段溫度編程，具有高精確度和良好的可靠性，滿足不同氣候條件下的測試需求。

溫度范圍：20℃~+130℃

溫濕度范圍：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

滿足試驗標準：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測標準

美能溫濕度綜合環境試驗箱通過精確控制紫外輻照劑量與85°C/85%RH的濕熱環境，為鈣鈦礦光伏組件的可靠性評估提供了關鍵測試條件。基于該設備執行的測試表明，采用綠色溶劑與邊緣調控策略制備的組件在累計36 kWh·m?2紫外輻照后仍保持96.1%的初始性能，并在85°C/85%RH條件下持續1000小時后未出現性能衰減。這些結果驗證了該組件在嚴苛環境下的高可靠性，為其商業化應用提供了扎實的實驗依據。

原文參考：Improved solvent systems for commercially viable perovskite photovoltaic modules

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