寬禁帶（≈1.70 eV）混合鹵化物鈣鈦礦由于與硅電池等窄帶隙底電池在串/并聯疊層中兼容性好，適合用作串聯/四端子鈣鈦礦/硅串聯電池的頂電池，并具有半透明光伏等應用前景。然而，寬禁帶混鹵鈣鈦礦在光照下易發生光誘導鹵素分相，導致器件電學性能衰減與穩定性下降。已有研究提示：晶界、殘余 PbI2 與空位缺陷可促進離子遷移，從而加速相分離。美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過無接觸式測試，監測各個工藝段中的異常，了解單節疊層鈣鈦礦電池的缺陷分布信息。

本研究提出一種通用的“埋底界面鈍化”策略，通過在電子傳輸層（ETL）/ 鈣鈦礦界面引入甲酸鈉（ NaFo ）以同時調控結晶生長與界面化學，從而抑制光誘導鹵素分相、降低缺陷密度并提升器件效率和光穩定性。

埋底界面鈍化策略：NaFo

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(a)太陽能電池的結構示意圖，(b)原始(c) NaFO處理后的鈣鈦礦薄膜在連續光照下不同時間的PL光譜，(d)PL峰位隨時間的變化軌跡

本研究提出一種埋底界面鈍化策略，在電子傳輸層 SnO?與鈣鈦礦之間引入甲酸鈉（NaFo）作為界面修飾層。器件結構為：FTO / SnO? / NaFo / Cs?.??MA?.??FA?.??PbI?.??Br?.??Cl?.?? / spiro-OMeTAD / MoOx / Ag；半透明器件則采用 ITO 替代 Ag 電極，并配合 Ag 網格提高導電性。

NaFo 在界面處同時發揮以下作用：

HCOO? 與 Pb2? 發生配位作用，抑制金屬 Pb? 形成；

HCOO? 與 FA? 產生分子間相互作用，優化晶體生長環境；

Na? 有助于鈍化鹵素空位。

XPS 結果顯示，引入 NaFo 后 Pb? 含量明顯下降，說明界面缺陷得到有效抑制。

對晶體質量與界面形貌的調控

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不同光照時間下，(a)原始和(b)目標鈣鈦礦薄膜的吸收光譜及吸收差值光譜；(c)不同NaFO 濃度下，鈣鈦礦在漂白峰（700 nm）處的吸收變化軌跡，以及單指數動力學擬合曲線（實線）；在不同溫度下，(d)原始和(e)目標鈣鈦礦在漂白峰處的吸收差值光譜變化軌跡及其動力學擬合曲線；(f)光致鹵化物分離的ln(k)與溫度倒數(1/T)的Arrhenius關系圖

NaFo的引入顯著改善了鈣鈦礦薄膜的結晶質量：

平均晶粒尺寸由 241 nm 增大至324 nm；

XRD 中 PbI? 特征峰（12.6°）基本消失；

底部埋底界面更致密、孔洞減少；

Pb/I 原子比下降，殘余 PbI? 含量降低。

說明 NaFo 不僅鈍化界面，還調控了晶體生長動力學，使薄膜更加均勻致密。

抑制鹵素分相的動力學證據

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(a) NaFo 及 NaFo/PbI? 混合物的 1H NMR 譜圖。(b) NaFo 及 NaFo/PbI? 混合物的 FTIR 光譜。原始鈣鈦礦和目標鈣鈦礦埋底界面的 XPS 能譜：(c) Pb 4f 軌道，(d) I 3d 軌道。(e) NaFo與鈣鈦礦相互作用機理的示意圖

(a) 原始鈣鈦礦和 (b) 目標鈣鈦礦薄膜的頂表面 SEM 圖像。(c,d) 分別為從 (a) 和 (b) 中提取的晶粒尺寸統計直方圖及高斯分布擬合。(e) 用于埋底界面研究的剝離過程示意圖。(f) 原始鈣鈦礦和 (g) 目標鈣鈦礦的埋底界面 SEM 圖像。基于 (h) 原始鈣鈦礦和 (i) 目標鈣鈦礦的 PSCs 截面 SEM 圖像

原位PL與吸收光譜表明：

未處理樣品在光照下PL峰由730 nm 紅移至約770 nm，出現明顯分相；

2 mg mL?1 NaFo 處理樣品在持續光照下幾乎無帶隙漂移。

通過動力學擬合得到：

原始樣品離子遷移速率常數 k ≈ 2.2 × 10?2 s?1；

最優 NaFo 濃度下 k 降至 2.6 × 10?3 s?1；

遷移激活能由 8.5 ± 0.5 kJ mol?1 提高至 43.8 ± 2.1 kJ mol?1。

說明NaFo顯著提高離子遷移能壘，從根本上抑制光誘導鹵素分相。

光電性能與復合動力學改善

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(a)穩態PL光譜(b)瞬態PL（TRPL）光譜(c)基于8個獨立樣品的PL發射強度統計(d)基于8 個獨立樣品的TRPL壽命統計

穩態與瞬態光譜結果進一步證實缺陷密度降低：

PL 強度提高約10倍；

TRPL 平均壽命由 225 ns 提升至 1252 ns；

非輻射復合顯著減少。

器件層面表現為：

暗電流降低；

理想因子改善；

載流子提取效率提升。

這些結果說明界面鈍化有效降低了體缺陷與界面復合。

器件效率提升

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(a)電池結構的PSC截面SEM圖像；(b)冠軍器件的J–V曲線；(c)冠軍器件在MPP附近固定偏壓下的穩定功率輸出（SPO）；(d)冠軍器件的IPCE譜及對應的積分電流密度；20個獨立器件的(e)VOC(f) PCE統計分布；(g)暗態下的J–V曲線；冠軍器件的(h)瞬態光電流（TPC）衰減曲線和(i)瞬態光電壓（TPV）衰減曲線

(a) 半透明PSC的J–V 曲線；(b)四端鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池的結構示意圖；(c)寬帶隙頂電池、原始硅底電池及濾波后硅底電池的J–V曲線；(d)疊層太陽能電池EQE譜；(e)封裝后的半透明PSC在 ISOS-L-1 協議下的運行穩定性：環境條件、25°C、連續 LED 光照（100 mW cm?2）、持續 500 小時

不透光器件

最佳器件參數：PCE：22.2%；Voc：1.21 V；Jsc：22.2 mA cm?2；FF：0.83；穩態輸出效率（ SPO）：21.4%，相比對照器件（20.5%），效率提升主要來源于 Voc 提高，說明復合損失降低。

半透明器件

冠軍 PCE：20.0%；SPO：19.5%；平均可見光透過率（AVT）：21.2%；盡管 spiro-OMeTAD 在 450–550 nm 存在寄生吸收，但整體透光性能與效率取得良好平衡。

四端子串聯系統

將半透明頂電池與工業 TOPCon 硅電池組裝為四端子系統，總效率達到：28.6%，證明該寬禁帶頂電池具有良好的串聯兼容性與應用潛力。

光穩定性顯著提升

在ISOS-L-1標準測試條件下（100 mW cm?2 LED，25°C）：未處理器件出現明顯 burn-in，180 小時后衰減約 40%；NaFo 處理器件無明顯 burn-in；連續運行 500 小時后仍保持 >80% 初始效率。穩定性提升歸因于：晶粒尺寸增大；殘余 PbI? 減少；缺陷態密度降低；離子遷移受抑制。

本研究提出了一種基于埋底界面調控的寬禁帶鈣鈦礦穩定性提升策略：通過在 SnO?/鈣鈦礦界面引入甲酸鈉（NaFo），實現對 Pb2? 與鹵素空位的協同鈍化，抑制金屬 Pb? 形成并減少殘余 PbI?，同時優化晶體生長與界面質量，從而顯著提高離子遷移能壘并有效抑制光誘導 I/Br 鹵素分相。該策略使 1.70 eV 寬禁帶器件效率提升至22.2 %，半透明器件效率達20.0 %，與工業 TOPCon 硅電池構建四端子系統后總效率達到28.6 %，且在連續光照 500 小時后仍保持超過 80% 初始效率。研究表明，界面優先的缺陷調控與離子遷移抑制，是推動寬禁帶鈣鈦礦在串聯及半透明應用中實現高效率與高穩定性的關鍵路徑。

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀

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大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實時反饋等特性，系統性解決了太陽能電池生產中的速度、良率、成本、工藝優化與穩定性等核心痛點，并且結合AI深度學習，實現全自動缺陷識別與工藝反饋。

PL高精度成像：采用線掃激光，成像精度＜75um/pix（成像精度可定制）

支持 16bit 顏色灰度：同時清晰呈現高亮區域（如無缺陷區）與低亮區域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識別分類訓練：實現全自動缺陷識別與工藝反饋

美能大平臺鈣鈦礦電池PL測試儀采用無接觸式測試方式，可實時監測鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質量異常，精準定位單結及疊層電池中的缺陷分布。

原文參考：Interfacial Passivation Toward Photostable Wide-Bandgap Perovskites for Efficient Semitransparent Solar Cells

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