鈣鈦礦太陽能電池在實驗室尺度已實現(xiàn)高達(dá)27%的功率轉(zhuǎn)換效率，但其大面積組件化進(jìn)程面臨嚴(yán)峻的效率損失挑戰(zhàn)，這主要源于結(jié)晶不均勻與埋底界面缺陷難以控制。常用溶劑二甲基亞砜（DMSO）雖能通過強配位穩(wěn)定鈣鈦礦前驅(qū)體，卻易在薄膜中殘留，并誘發(fā)多重成核路徑和界面空洞，導(dǎo)致組件性能隨面積放大顯著衰減，成為產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵瓶頸。美能鈣鈦礦復(fù)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(jìn)行控溫并控制電池所處的環(huán)境氛圍，進(jìn)行長期的穩(wěn)定性能測試。

本研究提出采用二乙基亞砜（DESO）作為替代溶劑。DESO通過其支鏈結(jié)構(gòu)的空間位阻效應(yīng)，實現(xiàn)與PbI?的溫和配位，從而降低結(jié)合能、避免復(fù)雜中間相形成。該特性使其能在真空淬火過程中快速完全揮發(fā)，有效抑制埋底界面缺陷，引導(dǎo)單一、均勻的結(jié)晶路徑，最終成功制備出高效率、高穩(wěn)定性的大面積鈣鈦礦太陽能組件，為推進(jìn)該技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用提供了可行的材料解決方案。

空間限制的溫和配位機制

Millennial Solar

DMSO與DESO的(a)分子靜電勢分布圖(b)關(guān)鍵物化參數(shù)對比；(c)熱重分析曲線；(d)傅里葉變換紅外光譜；(e)拉曼光譜；(f)動態(tài)光散射粒徑分布；(g)在成膜過程中的成核與結(jié)晶相演化示意圖

溶劑物化性質(zhì)直接影響工藝窗口與薄膜質(zhì)量，DESO雖在沸點、蒸氣壓等參數(shù)上預(yù)示其蒸發(fā)應(yīng)慢于DMSO，但實驗表明其在鈣鈦礦成膜過程中蒸發(fā)更快。

理論計算與光譜分析：

DFT計算表明，DESO與PbI?的相互作用能（-0.58 eV）低于DMSO（-0.91 eV），源于其支鏈結(jié)構(gòu)的空間位阻效應(yīng)。

FTIR與拉曼光譜證實，DESO與PbI?配位后S=O鍵發(fā)生紅移，表明配位鍵形成。引入FAI后，DESO出現(xiàn)藍(lán)移，說明I?與DESO競爭配位Pb2?，使DESO更易在成膜過程中釋放。

DLS顯示DESO基前驅(qū)體溶液中膠體簇尺寸更小，表明更多FA?和I?參與反應(yīng)。

作用機制：

DESO的支鏈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生空間位阻，實現(xiàn)溫和配位，避免了DMSO因強配位導(dǎo)致的溶劑殘留、多重中間相形成及各向異性生長等問題。

結(jié)晶動力學(xué)與薄膜形貌

Millennial Solar

(a)真空淬火與退火過程中的原位PL光譜(b)不同退火時間下DMSO與DESO處理鈣鈦礦薄膜的原位X射線衍射圖譜(c)鈣鈦礦薄膜表面與截面掃描電鏡圖像(d)從玻璃基底剝離的刮涂鈣鈦礦薄膜之界面掃描電鏡圖像(e) 鈣鈦礦薄膜的PLmapping圖

原位表征結(jié)果：

原位PL與UV-vis顯示，DESO處理薄膜在真空淬火后迅速形成鈣鈦礦相，而DMSO處理薄膜則經(jīng)歷中間相轉(zhuǎn)變過程。

原位XRD表明，DESO體系可直接形成鈣鈦礦相，而DMSO體系存在多種中間相，需延長退火才能完全轉(zhuǎn)化。

薄膜形貌：

SEM顯示DESO薄膜晶粒略大、表面更平整。

界面剝離SEM直接觀察到：DMSO薄膜埋底界面存在明顯空洞，而DESO薄膜界面致密。

PL mapping證實DESO薄膜發(fā)光更強且均勻，表明其質(zhì)量更高、缺陷更少。

工藝窗口：

DESO雖工藝窗口短于DMSO，但仍完全滿足大面積狹縫涂布的時間要求（涂布1.2米基底約需100-120秒，遠(yuǎn)低于其240秒窗口）。

載流子動力學(xué)與光伏性能

Millennial Solar

(a)穩(wěn)態(tài)PL光譜(b)時間分辨PL衰減曲線(c)電流密度-電壓曲線(d)瞬態(tài)光電壓衰減曲線(e)鈣鈦礦電池的暗電流曲線(f)開路電壓隨光強變化關(guān)系

薄膜質(zhì)量提升：

DESO薄膜PL強度更高，載流子壽命更長（1.42 μs vs. 0.83 μs）。

SCLC測量顯示DESO薄膜陷阱態(tài)密度更低（1.66×101? cm?3 vs. 2.21×101? cm?3）。

暗電流低一個數(shù)量級，TPV衰減時間常數(shù)更長，理想因子更低，均表明DESO薄膜具有更優(yōu)的載流子傳輸與提取性能。

(a)模組結(jié)構(gòu)示意圖(b)模組截面示意圖(c)電流-電壓曲線(d) DESO模組在最大功率點處持續(xù)300秒的穩(wěn)態(tài)輸出(e) DESO模組的外量子效率光譜及積分電流密度(f) 30×30 cm2基底上DESO模組的電流-電壓曲線(g) 30×30 cm2DESO模組實物圖(h)不同面積模組的效率對比，斜線表示效率隨面積增大而下降的趨勢

組件性能：

小面積（11.2 cm2）PSM：DESO組件PCE達(dá)22.9%，顯著高于DMSO的21.05%。

大面積（692.5 cm2）PSM：DESO組件PCE仍保持20.8%，而DMSO組件降至18.23%。

EQE光譜與積分電流密度一致，遲滯效應(yīng)小，表明界面質(zhì)量高。

效率隨面積放大衰減極小，展現(xiàn)出卓越的可擴展性。

薄膜與組件的穩(wěn)定性

Millennial Solar

(a)老化20天后DMSO與DESO薄膜的PLmapping(b) 25°C下模組的最大功率點跟蹤穩(wěn)定性(c) 85°C/85% RH濕熱條件下模組的長期穩(wěn)定性曲線

薄膜環(huán)境穩(wěn)定性：

老化20天后，DESO薄膜PL強度無顯著衰減，UV-vis吸收穩(wěn)定，XRD未出現(xiàn)PbI?分解峰，而DMSO薄膜則出現(xiàn)明顯降解。

組件運行穩(wěn)定性：

連續(xù)1-sun光照2000小時：DESO組件保持>96%初始PCE。

85°C高溫光照1000小時：DESO組件保持80%初始PCE。

85°C/85% RH濕熱測試2000小時：DESO組件保持>95%初始PCE。

DESO處理組件的高穩(wěn)定性歸因于其高質(zhì)量、低缺陷的鈣鈦礦薄膜與致密界面。

本研究證實，二乙基亞砜（DESO）憑借其支鏈結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)，實現(xiàn)了與PbI?之間的溫和配位。這一分子設(shè)計帶來了三重關(guān)鍵優(yōu)勢：其一，降低配位結(jié)合能，促進(jìn)溶劑在真空淬火過程中快速、完全揮發(fā)；其二，抑制復(fù)雜亞穩(wěn)中間相的形成，引導(dǎo)鈣鈦礦沿單一結(jié)晶路徑生長；其三，有效避免埋底界面處的溶劑殘留與孔洞缺陷，從而獲得均勻、高結(jié)晶質(zhì)量的薄膜。

基于DESO的可擴展制備工藝，成功實現(xiàn)了高效率、高穩(wěn)定性的大面積鈣鈦礦太陽能組件，并在從小面積（11.2 cm2，PCE=22.9%）放大至大面積（692 cm2，PCE=20.8 %）過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能保持能力，凸顯出良好的工藝擴展性。本工作表明，通過合理的溶劑分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，可有效調(diào)控結(jié)晶動力學(xué)與界面質(zhì)量，這為鈣鈦礦光伏技術(shù)從實驗室走向規(guī)模化生產(chǎn)提供了切實可行的材料策略與工藝路徑。

鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測試儀

Millennial Solar

美能鈣鈦礦復(fù)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(jìn)的技術(shù)和多功能設(shè)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(biāo)準(zhǔn)

多型號電子負(fù)載可選，多通道獨立運行

不同波段光譜輸出可調(diào)：350-400nm/400-750nm/750-1150nm均獨立可控

美能鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測試儀主要應(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(tǒng)始終以最優(yōu)功率輸出。這不僅能最大化發(fā)電量，還能提升整個光伏系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

原文參考：Mild Coordination Enabled by Steric Hindrance Facilitates Fabrication of Large-Area Perovskite Solar Modules

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發(fā)布的原創(chuàng)及轉(zhuǎn)載文章，僅用于學(xué)術(shù)分享和傳遞光伏行業(yè)相關(guān)信息。未經(jīng)授權(quán)，不得抄襲、篡改、引用、轉(zhuǎn)載等侵犯本公眾號相關(guān)權(quán)益的行為。內(nèi)容僅供參考，若有侵權(quán)，請及時聯(lián)系我司進(jìn)行刪除。