鈣鈦礦太陽能電池因功率轉換效率高、制造成本低且可溶液加工，成為下一代光伏技術的有力競爭者，其中Cs?FA???PbI?體系因熱穩定性佳、帶隙適配光捕獲而獲廣泛應用。但傳統2-甲氧基乙醇/二甲基亞砜溶劑油墨存在強配位誘導的聚集沉淀問題，貨架期不足15分鐘，嚴重制約規模化生產與器件可重復性。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。

本研究針對這一痛點，通過調節溶劑配位強度與溶解性，發現“溶劑配位-分散平衡”是油墨穩定性的核心控制因素。最終開發出以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）/N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）為溶劑的穩定鈣鈦礦油墨，其空氣中貨架期超10000分鐘，且能通過刮涂制備出均勻性優異、缺陷密度低的鈣鈦礦薄膜。基于該油墨的環境制備p-i-n型鈣鈦礦迷你組件，孔徑效率達23.5%（第三方認證22.84%），在65℃、1個太陽光照下連續工作1700小時后，仍保留99%初始效率，實現了高效與穩定的雙重突破。

實驗方法

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材料

主要原料包括PTAA、Al?O?納米顆粒、PbI?（99.999%）、BCP、2-ME、DMSO、DMF、NMP、LP、BHC、FAI、CsI等，均為市售高純度產品，直接使用無需進一步純化。

器件制備

所有步驟均在環境條件（25℃、30%相對濕度）下進行：ITO基板經清洗和紫外臭氧處理后，刮涂PTAA空穴傳輸層并退火；隨后刮涂鈣鈦礦油墨（添加LP、p-F-PEAI等添加劑優化性能），經氣刀處理后，2-ME/DMSO體系150℃退火5分鐘，DMF/NMP體系120℃退火30分鐘；最后熱蒸發沉積LiF、C??、BCP（85℃穩定性測試用SnO?替代）和Cu電極，完成封裝。

表征測試

采用太陽能模擬器、吉時利源表測試J-V特性與PCE；通過DLS、FTIR、XRD、SEM、TOF-SIMS等分析油墨穩定性與薄膜結構；利用PL、EL成像、熱導納光譜等表征陷阱態與均勻性；依據ISOS-L-2標準進行穩定性測試。

鈣鈦礦油墨的穩定性突破

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(A)Cs?.?FA?.?PbI?分別溶于2-ME/DMSO和DMF/NMP兩種溶劑，在25℃、50%相對濕度下儲存45分鐘后的外觀照片。(B)2-ME/DMSO體系油墨在不同儲存時長下的DLS測試光譜，反映膠體尺寸變化。(C)2-ME/DMSO體系油墨在空氣中儲存時的FTIR測試結果，體現官能團相互作用。(D)從老化的Cs?.?FA?.?PbI?2-ME/DMSO油墨中分離出沉淀的XRD圖譜，插圖為該沉淀的實物照片。(E)以2-ME為基礎溶劑的Cs?.?FA?.?PbI?鈣鈦礦溶液中，油墨貨架期與配位溶劑給體數（D?）的關聯曲線。(F)PbI?-DMSO和PbI?-NMP兩種沉淀在多種非配位溶劑中的溶解度對比。(G)DMF/NMP體系油墨在空氣中儲存時的FTIR測試結果

傳統2-ME/DMSO油墨的不穩定性，根源在于DMSO與Pb2?的強配位作用——會形成PbI?-DMSO復合物，導致15分鐘內出現沉淀，45分鐘后大量聚集。動態光散射（DLS）測試顯示，新鮮油墨僅0.7nm的單一峰，10分鐘后出現2nm和600nm雙峰，表明微晶尺寸失控生長；紅外光譜和X射線衍射（XRD）進一步證實，強配位作用是沉淀形成的直接原因。

研究發現，油墨穩定性與配位溶劑的給體數（D?）呈線性負相關：D?越高，配位越強，貨架期越短。NMP的D?（27.3kcal?mol?1）低于DMSO（29.9kcal?mol?1），配位作用適中，且DMF對PbI?-NMP復合物的溶解度達1.4mol?L?1，能有效分散配合物。二者按5.2:1體積比混合后，油墨在空氣中45分鐘仍無明顯沉淀，DLS曲線保持單一峰，紅外光譜無明顯變化，穩定性大幅提升。

此外，DMF/NMP體系對溶劑比例適應性更廣，即使高NMP含量，油墨也能長期保持透明分散；而2-ME/DMSO體系中，DMSO含量越高，沉淀聚集越快，進一步驗證了新體系的優勢。

高質量鈣鈦礦薄膜的可控制備

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(A)、(B)分別為2-ME/DMSO和DMF/NMP體系樣品，在刮涂過程中隨時間變化的UV-vis薄膜吸收光譜。(C)、(D)分別為2-ME/DMSO和DMF/NMP體系鈣鈦礦薄膜，在不同傾斜角度下的GIXRD圖譜。(E)對GIXRD圖譜2θ與sin2φ數據進行線性擬合的結果，反映薄膜殘余應變。(F)沉積在玻璃基板上的兩種體系鈣鈦礦薄膜的PL光譜。(G)、(H)分別為兩種體系鈣鈦礦薄膜在約1個太陽光激發下（465nm藍光發光二極管）的發光成像圖，PLQE為光致發光量子效率

在環境條件（25℃、30%相對濕度）下刮涂制備薄膜時，DMF/NMP油墨展現出獨特優勢：其溶劑蒸發速率更適中，DMF沸點低易揮發，NMP與PbI?的弱配位作用，能抑制快速過飽和與無序成核，讓晶體生長更均勻。

原位紫外-可見（UV-Vis）吸收測試顯示，DMF/NMP體系的中間相形成更平緩，6.8秒后吸收峰才向長波長偏移，而2-ME/DMSO體系僅3秒就出現突變，表明新體系結晶過程更可控。Avrami模型分析證實，DMF/NMP薄膜為二維生長（n=2.21），晶體沿多方向均勻延伸；而2-ME/DMSO薄膜為一維生長（n=1.63），易形成缺陷。

掠入射XRD和飛行時間二次離子質譜（TOF-SIMS）測試顯示，DMF/NMP薄膜殘余壓應力極小，Cs?分布均勻；而2-ME/DMSO薄膜存在明顯壓應力和Cs?富集梯度。光致發光（PL）測試中，新體系薄膜PL強度提升81%，發光成像無暗區，證實非輻射復合被顯著抑制。即使油墨老化，DMF/NMP薄膜仍無針孔和PbI?雜質生成，而2-ME/DMSO薄膜會出現明顯降解。

器件性能與均勻性的全面提升

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(A)DMF/NMP體系PSC的橫截面SEM圖像。(B)2-ME/DMSO和DMF/NMP體系最優器件的J-V特性曲線。(C)兩種體系器件的EQE曲線，反映不同波長光子的光電轉換能力。(D)環境條件下，兩種體系油墨的老化時間與對應電池功率轉換效率（PCE）的關系曲線

基于DMF/NMP油墨構建的p-i-n結構器件（玻璃 / ITO / PTAA / Cs?.?FA?.?PbI? / C?? / BCP / Cu），橫截面掃描電子顯微鏡（SEM）顯示鈣鈦礦層晶粒均勻、晶界少，電荷傳輸更順暢。其最優器件開路電壓（V?c）達1.19 V，短路電流密度（J?c）25.7 mA?cm?2，填充因子（FF）0.851，PCE超26 %（第三方認證26.05 %），遠超2-ME/DMSO體系的21.9 %。

外量子效率（EQE）測試顯示，新體系在400-800nm波長范圍的光子-電流轉換效率更高，電壓損失僅0.34V。更重要的是，DMF/NMP油墨老化10080分鐘后，器件PCE仍達25.8%，120天后仍保持25.5%；而2-ME/DMSO油墨老化超15分鐘后，效率急劇下降。

(A)、(B)分別為2-ME/DMSO和DMF/NMP體系PSC的tDOS光譜和DLCP光譜。(C)兩種體系PSC的EL強度隨偏壓施加時間的變化曲線。(D)基于25個隨機選擇區域的EL成像結果，統計得到的平均EL響應時間。(E)、(F)分別為2-ME/DMSO和DMF/NMP體系PSC的EL強度成像圖，反映器件發光均勻性

陷阱態測試表明，DMF/NMP器件的總體陷阱密度顯著降低，尤其是I??缺陷減少，底部界面結晶度改善。電致發光（EL）成像顯示，新體系器件發光均勻性好、響應速度快，證明薄膜微觀質量更優，為高效穩定奠定基礎。

穩定性與規模化應用驗證

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(A)最大功率點（MPP）跟蹤穩定性測試結果，初始PCE分別為20.7%（2-ME/DMSO）和25.3%（DMF/NMP）。(B)MPP跟蹤穩定性測試結果，初始PCE分別為19.6%（2-ME/DMSO）和23.2%（DMF/NMP）(C)采用刮涂法在大面積ITO基板上制備的Cs?.?FA?.?PbI?鈣鈦礦薄膜照片。(D)孔徑面積為63.2cm2的封裝鈣鈦礦迷你組件照片。(E)J-V曲線。(F)PCE分布情況

按照ISOS-L-2標準協議測試，DMF/NMP體系封裝器件在65 ℃、50 %相對濕度下，1700小時最大功率點跟蹤（MPPT）后仍保留99%初始效率；85 ℃高溫測試中，1300小時后仍保持96.9 %效率，而2-ME/DMSO器件500小時后效率僅余43 %。

規模化制備方面，通過刮涂法在ITO基板上成功制備出面積約130cm2的均勻鈣鈦礦薄膜，并制成孔徑面積10-60cm2的組件。其中12.6cm2迷你組件（6個子電池串聯）的反向掃描PCE達23.5 %，V?c：7.23 V，I?c：50.0 mA，FF：0.818，活性面積效率達24.5 %。45個組件的測試顯示，90 %以上PCE超21.0 %，可重復性優異，為工業化生產提供了可行方案。

本研究通過深入剖析鈣鈦礦油墨的穩定性機制，提出“配位-分散平衡”準則，成功開發出DMF/NMP基穩定油墨。該油墨不僅解決了傳統體系的穩定性痛點，還能通過刮涂制備高質量薄膜，最終實現了環境制備鈣鈦礦組件的高效、長壽命與規模化兼容。這一突破為鈣鈦礦光伏技術的產業化應用掃清了關鍵障礙，具有重要的實際價值與推廣意義。

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：Stabilized perovskite ink for scalable coating enables high-efficiency perovskite modules

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