在鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池中，寬禁帶（WBG）鈣鈦礦頂電池是實(shí)現(xiàn)高效率的關(guān)鍵，但其在實(shí)際應(yīng)用中面臨核心挑戰(zhàn)：高溴含量導(dǎo)致結(jié)晶過(guò)程難以控制，易引發(fā)嚴(yán)重的相分離和晶格畸變，產(chǎn)生大量缺陷，造成嚴(yán)重的非輻射復(fù)合損失，從而限制電池性能與穩(wěn)定性。美能鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀采用AAA級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器作為老化光源，可通過(guò)多種方式對(duì)電池進(jìn)行控溫并控制電池所處的環(huán)境氛圍，進(jìn)行長(zhǎng)期的穩(wěn)定性能測(cè)試。

本研究創(chuàng)新性地提出一種結(jié)晶調(diào)控與缺陷鈍化協(xié)同策略：在鈣鈦礦前驅(qū)體中引入氰酸鉀添加劑。其中，K?離子通過(guò)在晶格表面吸附來(lái)引導(dǎo)晶體沿更穩(wěn)定的（110）晶面擇優(yōu)生長(zhǎng)，而OCN?陰離子則摻入晶格，有效占據(jù)鹵素空位并鈍化未配位鉛離子，同時(shí)形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)以釋放晶格應(yīng)變。該方案同步解決了結(jié)晶取向、缺陷密度和晶格應(yīng)力三大難題，為制備高效、穩(wěn)定的寬禁帶鈣鈦礦及疊層電池提供了有效途徑。

實(shí)驗(yàn)材料與制備

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主要材料：

氰酸鉀（KOCN，97%）、硫氰酸鉀（KSCN，99%）；甲基氰酸鹽（MAOCN，98%）、碳酸二乙酯（DEC）；N,N - 二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亞砜（DMSO）、氯苯（CB）等溶劑；碘化鉛（PbI?）、溴化鉛（PbBr?）、甲脒碘化物（FAI）、碘化銫（CsI）等鈣鈦礦前驅(qū)體材料；4PADCB、C??、銅（Cu）等電池制備材料。

前驅(qū)體與電池制備：

1.4M FA?.??Cs?.??PbI?.??Br?.??前驅(qū)體由DMF：DMSO（體積比8：2）混合溶劑配制，攪拌過(guò)夜后添加1 %摩爾濃度的KOCN。單結(jié)電池制備過(guò)程包括ITO基底清洗與紫外臭氧處理、4PADCB 空穴傳輸層旋涂與退火、鈣鈦礦層旋涂（兩步法）與退火、PDAI?表面修飾、C??/BCP 電子傳輸層與 Cu 電極真空蒸發(fā)。

硅底電池采用n型全紋理硅片制備，通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）制備接觸層與納米晶硅層，沉積透明導(dǎo)電氧化物（TCO）與 Ag 電極后，正面沉積ITO層用于疊層電池組裝。疊層電池通過(guò)在硅底電池上制備鈣鈦礦頂電池，依次沉積 C??、SnO?、IZO 層，最后蒸發(fā) Ag 指狀柵極與 MgF?抗反射層獲得。

KOCN與WBG鈣鈦礦的相互作用及理論計(jì)算

(a) MAOCN、KSCN和KOCN分子的靜電勢(shì)分布及相應(yīng)偶極矩(b) 添加劑與（110）晶面缺陷的結(jié)合能(c) 添加劑的靜電勢(shì)(d) 不同添加劑處理電池的J-V曲線(e-g) 對(duì)照和KOCN摻雜鈣鈦礦薄膜的XPS譜圖：(e) Pb 4f, (f) I 3d, (g) K 2p

理論計(jì)算表明，KOCN具有較高的分子極性和偶極矩，顯示出優(yōu)異的缺陷鈍化潛力。其與（110）面缺陷的結(jié)合能較低，且在該面的吸附能力優(yōu)于（100）面，這從理論上支持了其促進(jìn)（110）取向生長(zhǎng)的能力。

實(shí)驗(yàn)上，F(xiàn)TIR和XPS證實(shí)了KOCN成功摻入薄膜，并與鈣鈦礦組分發(fā)生化學(xué)相互作用，有效鈍化了鉛相關(guān)缺陷和碘空位。

寬禁帶鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)與形貌表征

對(duì)照和KOCN摻雜薄膜的：(a, b) GIWAXS圖(c, d) XRD譜圖(e, f)頂視SEM圖像(g, h)AFM圖像(i, j) 不同傾斜角ψ下，GIXRD譜圖（2θ峰隨ψ角變化）(k, l) 基于(i, j)的2θ與sin2ψ關(guān)系圖，用于量化殘余應(yīng)變

GIWAXS和XRD分析共同證實(shí)，KOCN摻雜顯著增強(qiáng)了薄膜的（110）晶面取向。

SEM和AFM顯示，摻雜后薄膜更加致密、光滑，晶粒尺寸增大，表面粗糙度降低。

GIXRD應(yīng)變分析表明，KOCN的引入有效釋放了薄膜中的本征壓縮應(yīng)變，有利于提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

薄膜光電性能與缺陷分析

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(a) KOCN摻雜薄膜的TOF-SIMS深度剖析(b)對(duì)照和KOCN摻雜薄膜的UPS譜圖（左：二次電子截止邊；右：價(jià)帶區(qū)）(c) 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能級(jí)示意圖(d, e)對(duì)照和KOCN摻雜薄膜的穩(wěn)態(tài)PL光譜和TRPL光譜(f)對(duì)照和KOCN摻雜薄膜在玻璃和ITO/HTL基底上的PLQY結(jié)果(g) KOCN與鈣鈦礦的相互作用機(jī)理示意圖

UPS和KPFM測(cè)試表明，KOCN摻雜優(yōu)化了薄膜的能級(jí)結(jié)構(gòu)，費(fèi)米能級(jí)上移，改善了與電荷傳輸層的能級(jí)對(duì)齊。

PL和TRPL光譜顯示，摻雜薄膜的發(fā)光強(qiáng)度增強(qiáng)，載流子壽命顯著延長(zhǎng)，表明體相非輻射復(fù)合受到抑制。

PLQY和QFLS測(cè)量進(jìn)一步證明，KOCN有效降低了界面處的非輻射復(fù)合損失。

寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池電池性能

(a)寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的截面SEM圖像；對(duì)照和1% KOCN摻雜最優(yōu)電池：(b)在正反掃下的J-V曲線(c)外量子效率及相應(yīng)積分電流密度(d)穩(wěn)態(tài)功率輸出和光電流(e)陷阱態(tài)密度分布(f)填充因子損失機(jī)制示意圖(g)細(xì)開路電壓損失分析；(h) 2020年-2025年報(bào)道的1.65–1.70 eV帶隙鈣鈦礦電池效率統(tǒng)計(jì)；(i)-未封裝電池在充滿N?的手套箱中存儲(chǔ)時(shí)的效率變化

寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及兩端鈣鈦礦/硅疊層電池的光伏性能總結(jié)

基于優(yōu)化后的薄膜，制備的倒置結(jié)構(gòu)單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（結(jié)構(gòu)：ITO/4PADCB/Perovskite/ C??/BCP/Cu）取得了突破性性能。

最優(yōu)電池效率達(dá)23.60%，開路電壓為1.263 V，填充因子為84.39%，各項(xiàng)參數(shù)均優(yōu)于對(duì)照電池。效率統(tǒng)計(jì)分布更集中，重現(xiàn)性良好。

缺陷態(tài)密度、電致發(fā)光量子效率及阻抗譜等分析一致表明，KOCN的引入顯著降低了電池內(nèi)的陷阱密度，抑制了陷阱輔助復(fù)合，從而減少了開路電壓損失并提升了填充因子。

電池穩(wěn)定性

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未封裝電池在氮?dú)馐痔紫渲写鎯?chǔ)1300小時(shí)后，KOCN摻雜電池保持了超過(guò)98%的初始效率，遠(yuǎn)優(yōu)于對(duì)照電池（90%）。

這種穩(wěn)定性的提升主要?dú)w因于OCN?摻入晶格后形成的穩(wěn)定氫鍵網(wǎng)絡(luò)對(duì)結(jié)構(gòu)的加固，以及K?引導(dǎo)形成的擇優(yōu)取向、低應(yīng)變晶體結(jié)構(gòu)。

鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池性能

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(a) 鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖；(b, c) 鈣鈦礦/硅疊層電池的截面SEM圖像；對(duì)照和1% KOCN摻雜疊層電池：(d)在正反掃下的J-V曲線(e)鈣鈦礦頂電池和硅底電池的EQE光譜(f, g)開路電壓和效率箱形圖；(h)未封裝疊層電池在環(huán)境空氣條件下進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤的穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

將高性能的KOCN基寬禁帶鈣鈦礦頂電池與織構(gòu)化硅異質(zhì)結(jié)底電池結(jié)合，制備了兩端鈣鈦礦/硅疊層電池。

最優(yōu)疊層電池效率達(dá)到31.10%，其開路電壓高達(dá)1.911 V，頂?shù)纂姵仉娏髌ヅ淞己谩?/span>

未封裝疊層電池在環(huán)境空氣中連續(xù)光照下進(jìn)行最大功率點(diǎn)mpp跟蹤，240小時(shí)后仍能保持90%的初始效率，顯示了良好的工作穩(wěn)定性。

本研究證實(shí)了氰酸鉀作為一種高效多功能添加劑，在寬禁帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用潛力。它通過(guò)K?和OCN?的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈣鈦礦結(jié)晶取向的精準(zhǔn)調(diào)控、（110）面的擇優(yōu)生長(zhǎng)、晶格應(yīng)變的有效釋放以及深層缺陷的顯著鈍化。這一策略不僅制備出了效率達(dá)23.60%的高性能寬禁帶單結(jié)電池，更成功推動(dòng)兩端鈣鈦礦/硅疊層電池效率突破31%，并大幅提升了電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該工作為設(shè)計(jì)高效穩(wěn)定的寬禁帶鈣鈦礦及疊層電池提供了新的添加劑選擇與清晰的機(jī)理理解。

鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀

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美能鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀采用A+AA+級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器作為老化光源，以其先進(jìn)的技術(shù)和多功能設(shè)計(jì)，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究提供了強(qiáng)有力的支持。

• 3A+光源，光源壽命10000h+，真實(shí)還原各場(chǎng)景實(shí)際光照條件

可選配恒溫恒濕箱，滿足IS0S標(biāo)準(zhǔn)

多型號(hào)電子負(fù)載可選，多通道獨(dú)立運(yùn)行

不同波段光譜輸出可調(diào)：7.350-400nm/400-750nm/750-1150nm均獨(dú)立可控

美能鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀主要應(yīng)用于成品鈣鈦礦單結(jié)，疊層成品電池穩(wěn)定性測(cè)試。由于鈣鈦礦電池的輸出特性易受光照、溫度等環(huán)境因素影響，其最大功率點(diǎn)會(huì)頻繁波動(dòng)。MPPT控制器通過(guò)實(shí)時(shí)追蹤并鎖定最大功率點(diǎn)，能確保系統(tǒng)始終以最優(yōu)功率輸出。這不僅能最大化發(fā)電量，還能提升整個(gè)光伏系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

原文參考：Potassium Cyanate Stabilizes Lattice and Promotes Preferred Orientation for 1.67-eV Wide-Bandgap Perovskite and Perovskite/Silicon Tandems

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