鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）憑借高效率、低成本及廣泛的應(yīng)用潛力，已成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，在光伏領(lǐng)域顯示出巨大的商業(yè)化潛力。然而，大面積鈣鈦礦太陽能電池的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）與穩(wěn)定性仍未達(dá)到產(chǎn)業(yè)化要求，核心瓶頸在于大面積鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量管控—小面積與大面積薄膜的質(zhì)量差異，美能鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀采用AAA級(jí)LED太陽光模擬器作為老化光源，可通過多種方式對(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。

本文系統(tǒng)綜述了從小面積到大面積鈣鈦礦薄膜制備過程中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)與技術(shù)進(jìn)展，重點(diǎn)圍繞溶液沉積方法、組件設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性等方面展開分析。

從材料優(yōu)勢(shì)到規(guī)?；y題

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a）過去十年間小面積PSCs與c-Si電池的PCE性能進(jìn)展對(duì)比；b）PSCs與c-Si電池的PCE隨活性面積變化的規(guī)律

大面積鈣鈦礦薄膜制備過程的核心要點(diǎn)

有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料因高吸光系數(shù)、高載流子遷移率及可調(diào)控帶隙，在下一代光伏電池中潛力顯著；其溶液可加工性不僅簡(jiǎn)化成膜工藝、降低鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）制備成本，還適配柔性與建筑一體化光伏場(chǎng)景。當(dāng)前小面積 PSCs（活性面積≤0.1 cm2）功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）達(dá) 26.7 %，效率增長(zhǎng)超其他光伏技術(shù)，有望補(bǔ)充光伏市場(chǎng)。

但規(guī)?；瘯r(shí)，PSCs 效率與穩(wěn)定性驟降：活性面積擴(kuò)至 20cm2 組件時(shí) PCE 從 26% 降至 23%，達(dá)商用規(guī)格（6500-14000cm2）時(shí)僅 20%；穩(wěn)定性上，小面積電池 50℃下可穩(wěn)定運(yùn)行 8200h 以上，大面積組件 1000h 即衰減 20%。核心癥結(jié)是規(guī)模化制備的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量差，溶劑去除慢致成核密度低，濕膜久存引發(fā)流體動(dòng)力學(xué)問題，且揮發(fā)性溶劑雖促脫濕卻降低結(jié)晶質(zhì)量。

大面積鈣鈦礦薄膜的溶液沉積方法

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不同方法制備鈣鈦礦薄膜的工藝示意圖

旋涂法

旋涂是實(shí)驗(yàn)室制備高性能小面積PSCs的常用方法，通過離心力和抗溶劑處理可實(shí)現(xiàn)快速溶劑揮發(fā)和高密度成核。然而，旋涂在大面積制備中存在材料利用率低、薄膜均勻性差、無法連續(xù)生產(chǎn)等問題，不適用于工業(yè)化放大。

可擴(kuò)展涂布技術(shù)

刮涂法:通過調(diào)節(jié)刀口間隙、涂布速度、溶液濃度等參數(shù)控制薄膜厚度與質(zhì)量。其主要挑戰(zhàn)包括濕膜斷裂、溢流和氣泡等問題。通過基板預(yù)熱、氣刀輔助、真空閃蒸等手段可促進(jìn)溶劑揮發(fā)，提升薄膜均勻性。例如，在70–145°C預(yù)熱基板上刮涂可獲得均勻薄膜，實(shí)現(xiàn)205 cm2組件15.3%的效率。

狹縫涂布法：具備連續(xù)供液能力，適合大面積連續(xù)生產(chǎn)。通過調(diào)控涂布速度、流量和粘度，結(jié)合氣刀、基板加熱和真空閃蒸等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)均勻薄膜沉積。例如，采用局部過飽和墨水策略和低溫基板生長(zhǎng)技術(shù)，成功制備出14.61 cm2組件，認(rèn)證效率達(dá)22.73%。

噴涂與噴墨打印：噴涂適用于非平面基底，通過控制液滴尺寸和沉積均勻性可實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋。電噴涂技術(shù)利用強(qiáng)電場(chǎng)促進(jìn)結(jié)晶均勻性，實(shí)現(xiàn)1.0 cm2電池20.77%的效率。噴墨打印精度更高，Panasonic公司利用該技術(shù)制備802 cm2組件，效率達(dá)17.9%。

絲網(wǎng)印刷：圖案靈活、成本低，但對(duì)墨水粘度要求高。采用離子液體溶劑可調(diào)節(jié)粘度，實(shí)現(xiàn)20.52%的小面積電池效率。

真空蒸發(fā)：可避免溶劑使用，制備致密、高結(jié)晶度薄膜，但控制前驅(qū)體蒸發(fā)速率和缺乏老化過程導(dǎo)致效率通常低于溶液法。通過引入氯元素優(yōu)化前驅(qū)體合金化，可將FAPbI?薄膜效率提升至24.42%。

不同制備方法對(duì)比

不同制備方法制備的鈣鈦礦電池效率與穩(wěn)定性對(duì)比

對(duì)比了不同制備方法的效率與穩(wěn)定性表現(xiàn)，顯示狹縫涂布在大面積應(yīng)用中具有最佳平衡性。

從薄膜到組件的挑戰(zhàn)

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效率問題

a）光伏（PV）產(chǎn)業(yè)的 “金三角”—— 成本、效率與壽命；b）晶體硅組件與單結(jié)鈣鈦礦太陽能組件（PSMs）在成本、效率及壽命方面的對(duì)比；c）度電成本（LCOE）隨組件壽命與效率的變化規(guī)律

不均勻性：大面積薄膜的不均勻性主要源于組分相分離、缺陷分布不均、基底潤濕性差等。通過界面修飾（如仿生界面層、自組裝單分子層）可抑制咖啡環(huán)效應(yīng)，提升均勻性。

實(shí)現(xiàn)高效鈣鈦礦太陽能電池及組件面臨的障礙

組件設(shè)計(jì)能量損失：激光劃刻（P1–P3）用于子電池串聯(lián)，但會(huì)引入死區(qū)與電阻損失。優(yōu)化子電池寬度與劃刻間距可平衡幾何填充因子與電阻損失。雙面結(jié)構(gòu)可提升光吸收，但需優(yōu)化背電極設(shè)計(jì)以降低陰影損失。

穩(wěn)定性問題

PSM電池面臨的嚴(yán)重穩(wěn)定性問題

大面積組件的穩(wěn)定性挑戰(zhàn)包括：

鈣鈦礦層不穩(wěn)定性：光、熱、偏壓等外部刺激導(dǎo)致離子遷移、相分離、分解；

組件相關(guān)不穩(wěn)定性：劃刻通道導(dǎo)致離子擴(kuò)散、金屬電極腐蝕、局部陰影引發(fā)熱斑；

封裝技術(shù)：玻璃-玻璃封裝結(jié)合彈性密封劑可有效阻隔水氧，提升耐久性。

目前，大面積PSMs的穩(wěn)定性仍難以滿足ISOS標(biāo)準(zhǔn)，需進(jìn)一步開發(fā)穩(wěn)定功能層與封裝方案。

本文系統(tǒng)分析了溶液法制備大面積鈣鈦礦薄膜的挑戰(zhàn)與策略?？蓴U(kuò)展方法與旋涂在成核和生長(zhǎng)機(jī)制上存在本質(zhì)差異：溶劑蒸發(fā)慢導(dǎo)致成核延遲，晶體生長(zhǎng)受反應(yīng)控制，導(dǎo)致晶粒不均勻。通過溶劑定制（揮發(fā)性與配位性平衡）、添加劑調(diào)控（流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)晶、缺陷鈍化）和界面修飾，可提升薄膜質(zhì)量。當(dāng)前大面積PSMs的商業(yè)化仍面臨效率、均勻性和穩(wěn)定性三大挑戰(zhàn)。未來需深入研究量產(chǎn)過程中的成核與生長(zhǎng)機(jī)制，開發(fā)新型制備技術(shù)（如真空蒸發(fā)、兩步法），優(yōu)化功能層和封裝工藝，以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用。

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：Fabricating Perovskite Films for Solar Modules from Small to Large Scale

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