鈣鈦礦光伏在生產(chǎn)成本、能量轉(zhuǎn)換效率及規(guī)模化應(yīng)用上具備顯著優(yōu)勢，是極具商業(yè)化潛力的光伏技術(shù)。但該技術(shù)商業(yè)化仍面臨三大關(guān)鍵障礙：制造過程依賴有毒溶劑、大面積鈣鈦礦薄膜質(zhì)量不均、長期運(yùn)行可靠性不足。美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱專為驗(yàn)證評估組件或材料的可靠性，能達(dá)到快速升溫降溫，提升測試效率，滿足IEC61215等標(biāo)準(zhǔn)。

為破解這些難題，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了以γ-戊內(nèi)酯/2-甲基四氫呋喃/二甲基亞砜為核心的綠色溶劑墨水，并創(chuàng)新提出溶劑限制邊緣保護(hù)（SCEP）策略，成功在環(huán)境空氣條件下實(shí)現(xiàn)低缺陷鈣鈦礦薄膜的規(guī)?；苽?，所產(chǎn)7200cm2組件經(jīng)認(rèn)證穩(wěn)態(tài)效率達(dá)17.2%，且通過全部IEC61215可靠性標(biāo)準(zhǔn)，為鈣鈦礦光伏的商業(yè)化提供了環(huán)境友好且技術(shù)可行的路徑。

用于狹縫涂布的綠色溶劑

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(A)鈣鈦礦薄膜的示意圖;(B)制備鈣鈦礦薄膜的截面SEM圖;(C)VCD處理后中間相鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜;(D)等壓氣液平衡圖;(E)FTIR光譜;(F)1H-NMR光譜;(G)顯示GVL和2-MeTHF與鈣鈦礦配位的示意圖

本研究創(chuàng)新性地采用γ-戊內(nèi)酯、2-甲基四氫呋喃和二甲基亞砜構(gòu)成三元綠色溶劑體系。其中，2-MeTHF是關(guān)鍵組分，它來源于可再生生物質(zhì)，生物毒性低，且其較高的揮發(fā)性有助于調(diào)節(jié)整個溶劑體系的蒸發(fā)動力學(xué)。

該體系能有效溶解FA?.??Cs?.??PbI?鈣鈦礦前驅(qū)體，并在真空干燥過程中促進(jìn)均勻、快速的溶劑脫除，從而在120cm×60cm的大面積基板上形成高結(jié)晶質(zhì)量、缺陷極少且與基底界面結(jié)合良好的鈣鈦礦薄膜。

溶劑限制邊緣保護(hù)（SCEP）策略

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(A) 對照和SCEP鈣鈦礦墨水液滴的接觸角圖像;(B) 鈣鈦礦濕膜溶劑蒸發(fā)的示意圖;基于太赫茲測量的對照 (C) 和SCEP (D) 鈣鈦礦薄膜的自由載流子動力學(xué);(E) 基于太赫茲分析的對照和SCEP鈣鈦礦薄膜的遷移率（左）和擴(kuò)散長度（右）; (F)XRD圖譜; (G)穩(wěn)態(tài)PL光譜 ;(H)時間分辨PL衰減曲線

在大面積涂布過程中，溶劑在氣-固-液界面的自發(fā)揮發(fā)易導(dǎo)致薄膜邊緣結(jié)晶缺陷，嚴(yán)重影響組件整體性能。為此，研究團(tuán)隊(duì)提出SCEP策略，在鈣鈦礦墨水中添加三甲基十四烷基氯化銨（TAC）表面活性劑：

TAC兼具親水與疏水官能團(tuán)，可在溶液表面自組裝，調(diào)節(jié)墨水表面張力與結(jié)晶動力學(xué)，抑制邊緣區(qū)域溶劑快速揮發(fā)，實(shí)現(xiàn)全膜均勻揮發(fā)；

借助表面活性劑誘導(dǎo)的馬蘭戈尼效應(yīng)，TAC能平衡溶液從表面到本體的流動，大幅提升大面積薄膜的邊緣質(zhì)量，延長涂布工藝窗口。

測試表明，SCEP策略制備的鈣鈦礦薄膜載流子遷移率達(dá)67 cm2V?1s?1，擴(kuò)散長度為0.54μm，均顯著優(yōu)于對照組（分別為42 cm2V?1s?1和0.48 μm），且載流子壽命更長，非輻射復(fù)合減少，結(jié)晶質(zhì)量與均勻性大幅提升。

薄膜與光伏組件性能

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(A)組件實(shí)物圖像;(B)PLmapping;(C)ELmapping;(D) 冠軍的20.25cm2、1017.5cm2和7200cm2組件的有效面積效率對比;(E) 對照和SCEP組件中心與邊緣區(qū)域的積分Jsc值對比;(F) 對照和SCEP組件總面積模塊PCE的統(tǒng)計(jì)直方圖;(G) 總面積7200cm2的性能最佳對照和SCEP組件的J-V曲線;(H) NREL認(rèn)證的組件在360秒內(nèi)的穩(wěn)定Pmax、Imax和Vmax曲線圖

鈣鈦礦光伏組件采用FTO / NiO? / 鈣鈦礦 / C??/ SnO?/ Cu結(jié)構(gòu)，其中鈣鈦礦層通過狹縫式涂布與真空腔干燥（VCD）工藝在環(huán)境條件下制備，其他功能層采用真空沉積法完成，后續(xù)經(jīng)激光刻劃、電極沉積與封裝等步驟成型。

通過系統(tǒng)優(yōu)化2-MeTHF含量（50 %體積分?jǐn)?shù)）與TAC濃度（0.2 g/L），組件性能達(dá)到最佳水平：

小面積（20.25cm2）與中面積（1017.5cm2）SCEP組件的冠軍功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）分別達(dá)21.9%和21.4%，對應(yīng)的活性區(qū)域效率為22.6%和22.1%；

總面積7200cm2的商業(yè)化規(guī)模組件，實(shí)驗(yàn)室測試PCE達(dá)18.0%，經(jīng)NREL認(rèn)證的穩(wěn)態(tài)效率為17.2%，活性區(qū)域效率達(dá)20.7%，面積擴(kuò)大后性能衰減極小，展現(xiàn)出優(yōu)異的規(guī)?；瘽摿?。

光致發(fā)光（PL）與電致發(fā)光（EL）mapping測試顯示，SCEP組件的輻射發(fā)射更均勻，單日生產(chǎn)的127個組件輸出功率呈正態(tài)分布，平均功率達(dá)125 W，性能重現(xiàn)性良好。

鈣鈦礦光伏組件可靠性測試表現(xiàn)

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(A) 連續(xù)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）測試結(jié)果;(B)UV預(yù)處理測試結(jié)果;(C) 熱循環(huán)測試結(jié)果;(D) 濕熱測試結(jié)果;(E) 溫度系數(shù)對比；Al-BSF鋁背場；PERC鈍化發(fā)射極和背面電池；SHJ硅異質(zhì)結(jié)；TC溫度系數(shù)； (F) 熱斑耐久測試結(jié)果;(G)PID測試結(jié)果

該組件通過了IEC 61215:2021標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部測試項(xiàng)目，展現(xiàn)出卓越的運(yùn)行穩(wěn)定性：

連續(xù)1050小時最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）測試中，組件在60-65℃、30%-50%濕度環(huán)境下仍保留97.2%的初始效率，而對照組衰減近20%；

經(jīng)36kWh/m2紫外輻照后，組件性能保留率達(dá)96.1%，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)要求；-40℃至85℃熱循環(huán)200次后無明顯衰減，85℃、85%相對濕度的濕熱環(huán)境下1000小時仍維持100%初始效率；

熱點(diǎn)耐久性測試中，組件經(jīng)3小時遮擋后效率降至87.6%，遮擋移除后可完全恢復(fù)；施加±1500V高壓90小時以上的潛在誘導(dǎo)衰減（PID）測試中，性能無顯著退化。

此外，該組件的效率溫度系數(shù)僅為-0.11 %/℃，優(yōu)于傳統(tǒng)晶體硅組件（-0.29 %至-0.39 %/℃）。戶外電站實(shí)測顯示，2024年10月至2025年8月期間，組件輸出穩(wěn)定，夏季溫度超過30 ℃時，發(fā)電量優(yōu)于隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）硅基組件，展現(xiàn)出強(qiáng)大的實(shí)際應(yīng)用競爭力。

本研究通過設(shè)計(jì)由2-MeTHF、GVL和DMSO組成的綠色溶劑體系，精準(zhǔn)調(diào)控溶劑配位與蒸發(fā)動力學(xué)，開發(fā)了環(huán)保鈣鈦礦墨水。為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制備，引入表面活性劑TAC以均化溶劑揮發(fā)并提升鈣鈦礦結(jié)晶均勻性，在商業(yè)級組件上獲得17.2%認(rèn)證效率，并滿足所有IEC61215可靠性標(biāo)準(zhǔn)。通過以可持續(xù)配方替代有毒溶劑，我們在保持高性能的同時解決了環(huán)境與可擴(kuò)展性挑戰(zhàn)。此外，SCEP策略與優(yōu)化的溶劑揮發(fā)性協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了米級薄膜均勻性，克服了傳統(tǒng)方法的關(guān)鍵限制。

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱

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美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱采用進(jìn)口溫度控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)多段溫度編程，具有高精確度和良好的可靠性，滿足不同氣候條件下的測試需求。

溫度范圍：20℃~+130℃

溫濕度范圍：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測標(biāo)準(zhǔn)

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱通過精確控制紫外輻照劑量與85°C/85%RH的濕熱環(huán)境，為鈣鈦礦光伏組件的可靠性評估提供了關(guān)鍵測試條件。基于該設(shè)備執(zhí)行的測試表明，采用綠色溶劑與邊緣調(diào)控策略制備的組件在累計(jì)36 kWh·m?2紫外輻照后仍保持96.1%的初始性能，并在85°C/85%RH條件下持續(xù)1000小時后未出現(xiàn)性能衰減。這些結(jié)果驗(yàn)證了該組件在嚴(yán)苛環(huán)境下的高可靠性，為其商業(yè)化應(yīng)用提供了扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

原文參考：Improved solvent systems for commercially viable perovskite photovoltaic modules

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