二維鈣鈦礦夾層能顯著提升鈣鈦礦太陽能電池及組件效率，但其長期運行穩定性仍面臨挑戰。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。

本研究提出一種共晶工程策略，采用中性分子苯并胍胺作為連接劑，替代傳統離子型分子，成功構建了穩定的共晶二維鈣鈦礦相。將該共晶層置于鈣鈦礦吸光層之上，小面積電池的功率轉換效率達到23.4%；活性面積9.0cm2與48cm2的組件效率分別達到23.1%與18.5%。在最大功率點持續測試中，組件在>5000小時1倍太陽光浸泡后保持>95%初始效率，在>1000小時 紫外線照射后保持>98%初始效率，并在85°C高溫下>5000小時熱應力測試后仍保持>91%初始效率，展現出卓越的長期穩定性。

共晶二維鈣鈦礦相的設計與構建

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共晶鈣鈦礦形成與傳統結構對比示意圖

本研究創新性地引入苯并胍胺（及其衍生物）作為中性共形成物，通過分子間作用力與鈣鈦礦前驅體結合，在無需離子交換的條件下直接形成化學計量的共晶二維鈣鈦礦相。該共晶相保留了類似Ruddlesden-Popper型的層狀結構，且在形成過程中不改變原有三維鈣鈦礦的化學計量比。

結構表征與形成機理

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a–d: 摻入不同濃度BGA、AGA及離子型PEA的MAPbI?薄膜的XRD圖譜 (a–c) 及 (d)TRPL壽命變化e: TCP/BGA與DCP/BGA雙層薄膜的低角度XRD圖譜f: DCP/BGA薄膜的GIWAXS圖g, h: DCP薄膜及其BGA覆蓋層的XPS N 1s譜

通過X射線衍射、掠入射廣角X射線散射等分析手段，系統研究了BGA與不同鈣鈦礦體系（MAPbI?、雙陽離子及三陽離子鈣鈦礦）的相互作用。結果表明：

BGA的加入誘導出現低角度衍射峰，對應層狀結構的形成，且其結晶取向受BGA濃度與小陽離子共同調控。

DFT計算表明，BGA分子具有均勻分布的前線軌道，能有效鈍化表面缺陷，其面朝上取向有利于電荷傳輸。

與傳統的離子型連接劑PEA相比，BGA更傾向于形成穩定的共晶相，而非通過離子交換機制。

薄膜形貌與光電性質

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掃描電鏡顯示，BGA處理后的鈣鈦礦薄膜表面出現明顯的二維薄片結構，覆蓋于三維晶界之上，有助于缺陷鈍化。紫外-可見吸收與光致發光光譜進一步證實了二維相的形成，并顯示其光吸收邊與發射峰位置與層數相關。

時間分辨光致發光測試表明，適量BGA可顯著延長載流子壽命，最高達304.5 ns，說明非輻射復合得到有效抑制。

光伏器件性能與電荷動力學

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電池與組件效率

a: DCP/BGA器件的截面SEM圖像b 冠軍器件的正反掃J-V曲線d: DCP/BGA與DCP器件的TRPL衰減曲線e, f: TPV與TPC分析g暗態J-V曲線

a: 制備的9.0 cm2與48 cm2活性面積模塊實物圖b: 模塊的統計效率分布c: 9.0 cm2冠軍模塊的I-V與P-V曲線d–f: 封裝模塊在85°C濕熱、1-sun光浸泡及紫外輻照下的長期穩定性測試結果g, h: 本工作模塊的穩定性與文獻報道對比

基于DCP/BGA結構的冠軍小面積電池實現了23.4 %的PCE，主要得益于短路電流密度與填充因子的提升。將其拓展至組件尺度：

9.0 cm2組件冠軍效率達23.13 %（幾何填充因子91%）。

48 cm2大面積組件效率達18.5 %（幾何填充因子89%），對應輸出功率超過886 mW。

電荷傳輸與復合行為

載流子壽命：共晶工程使器件載流子壽命從52.9 ns提升至302.1 ns。

瞬態光電測試：TPV顯示復合時間延長，TPC表明空穴提取速度加快。

阻抗分析：共晶器件具有更低的電荷傳輸電阻、更高的復合電阻與離子遷移電阻，表明界面復合與離子遷移均被顯著抑制。

暗電流特性：理想因子從3.7降至2.2，飽和電流密度降低，進一步證實界面非輻射復合減少。

穩定性測試與鈍化機制

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通過低角度XRD追蹤TCP/BGA與DCP/BGA薄膜在長期老化過程中各物相（3D α/δ相、2D RP相、PbI?等）的結晶度演變

在嚴格遵循ISOS與IEC61215標準的測試條件下，封裝后的BGA共晶工程組件表現出卓越的穩定性：

熱穩定性：85°C、~65% RH條件下>5000小時，PCE保持率>91 %（T91）。

光穩定性：1倍太陽光、MPP跟蹤下>5000小時，PCE保持率>95 %。

紫外穩定性：UV(A/B)照射下>1000小時，PCE保持率>98 %。

逐步展示了從配體交換、分子間穩定、鹵化鉛鏈重構、BGA重取向到最終形成穩定層狀共晶2D相的動態過程

相比傳統三維或離子型二維鈣鈦礦器件，共晶工程帶來的穩定性提升尤為顯著。其機理可歸結為：

缺陷選擇性鈍化：BGA分子優先覆蓋表面與晶界缺陷，抑制非輻射復合。

離子遷移阻擋：共晶二維相作為致密屏障，有效抑制鹵化物與有機陽離子的遷移。

結構自修復能力：BGA分子可通過動態相互作用實現局部結構重整，延緩降解過程。

能級對齊優化：共晶層改善界面能帶對齊，促進電荷提取并減少復合。

本研究成功開發了一種基于中性共形成物BGA的共晶工程策略，實現了高效、穩定、可擴展的二維鈣鈦礦相構建。該共晶相不僅能顯著提升器件的光伏性能，更在高溫、光照及紫外線等多種應力條件下表現出優異的長期穩定性。這項工作不僅為鈣鈦礦太陽能電池與組件的商業化提供了有前途的材料解決方案，也拓展了共晶工程在光電材料設計中的應用范疇，為后續開發新型低維鈣鈦礦體系及其他光電器件提供了重要借鑒。

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：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：Co-crystal engineering of a two-dimensional perovskite phase for perovskite solar modules with improved efficiency and stability