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(lián)疊層中兼容性好，適合用作串聯(lián)/四端子鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的頂電池，并具有半透明光伏等應(yīng)用前景。然而，寬禁帶混鹵鈣鈦礦在光照下易發(fā)生光誘導(dǎo)鹵素分相，導(dǎo)致器件電學(xué)性能衰減與穩(wěn)定性下降。已有研究提示：晶界、殘余 PbI2 與空位缺陷可促進(jìn)離子遷移，從而加速相分離。美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀通過(guò)無(wú)接觸式測(cè)試，監(jiān)測(cè)各個(gè)工藝段中的異常，了解單節(jié)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(guò)在電子傳輸層（ETL）/ 鈣鈦礦界面引入甲酸鈉（ NaFo ）以同時(shí)調(diào)控結(jié)晶生長(zhǎng)與界面化學(xué)，從而抑制光誘導(dǎo)鹵素分相、降低缺陷密度并提升器件效率和光穩(wěn)定性。

埋底界面鈍化策略：NaFo

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(a)太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)原始(c) NaFO處理后的鈣鈦礦薄膜在連續(xù)光照下不同時(shí)間的PL光譜，(d)PL峰位隨時(shí)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(jié)構(gòu)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(wǎng)格提高導(dǎo)電性。

NaFo 在界面處同時(shí)發(fā)揮以下作用：

HCOO? 與 Pb2? 發(fā)生配位作用，抑制金屬 Pb? 形成；

HCOO? 與 FA? 產(chǎn)生分子間相互作用，優(yōu)化晶體生長(zhǎng)環(huán)境；

Na? 有助于鈍化鹵素空位。

XPS 結(jié)果顯示，引入 NaFo 后 Pb? 含量明顯下降，說(shuō)明界面缺陷得到有效抑制。

對(duì)晶體質(zhì)量與界面形貌的調(diào)控

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不同光照時(shí)間下，(a)原始和(b)目標(biāo)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(shù)動(dòng)力學(xué)擬合曲線（實(shí)線）；在不同溫度下，(d)原始和(e)目標(biāo)鈣鈦礦在漂白峰處的吸收差值光譜變化軌跡及其動(dòng)力學(xué)擬合曲線；(f)光致鹵化物分離的ln(k)與溫度倒數(shù)(1/T)的Arrhenius關(guān)系圖

NaFo的引入顯著改善了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶質(zhì)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(shuō)明 NaFo 不僅鈍化界面，還調(diào)控了晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，使薄膜更加均勻致密。

抑制鹵素分相的動(dòng)力學(xué)證據(jù)

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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(biāo)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(jī)理的示意圖

(a) 原始鈣鈦礦和 (b) 目標(biāo)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(tǒng)計(jì)直方圖及高斯分布擬合。(e) 用于埋底界面研究的剝離過(guò)程示意圖。(f) 原始鈣鈦礦和 (g) 目標(biāo)鈣鈦礦的埋底界面 SEM 圖像?；?(h) 原始鈣鈦礦和 (i) 目標(biāo)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(xiàn)明顯分相；

2 mg mL?1 NaFo 處理樣品在持續(xù)光照下幾乎無(wú)帶隙漂移。

通過(guò)動(dòng)力學(xué)擬合得到：

原始樣品離子遷移速率常數(shù) k ≈ 2.2 × 10?2 s?1；

最優(yōu) 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(shuō)明NaFo顯著提高離子遷移能壘，從根本上抑制光誘導(dǎo)鹵素分相。

光電性能與復(fù)合動(dòng)力學(xué)改善

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(a)穩(wěn)態(tài)PL光譜(b)瞬態(tài)PL（TRPL）光譜(c)基于8個(gè)獨(dú)立樣品的PL發(fā)射強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)(d)基于8 個(gè)獨(dú)立樣品的TRPL壽命統(tǒng)計(jì)

穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)光譜結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)缺陷密度降低：

PL 強(qiáng)度提高約10倍；

TRPL 平均壽命由 225 ns 提升至 1252 ns；

非輻射復(fù)合顯著減少。

器件層面表現(xiàn)為：

暗電流降低；

理想因子改善；

載流子提取效率提升。

這些結(jié)果說(shuō)明界面鈍化有效降低了體缺陷與界面復(fù)合。

器件效率提升

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(a)電池結(jié)構(gòu)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(wěn)定功率輸出（SPO）；(d)冠軍器件的IPCE譜及對(duì)應(yīng)的積分電流密度；20個(gè)獨(dú)立器件的(e)VOC(f) PCE統(tǒng)計(jì)分布；(g)暗態(tài)下的J–V曲線；冠軍器件的(h)瞬態(tài)光電流（TPC）衰減曲線和(i)瞬態(tài)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(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)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(yáng)能電池EQE譜；(e)封裝后的半透明PSC在 ISOS-L-1 協(xié)議下的運(yùn)行穩(wěn)定性：環(huán)境條件、25°C、連續(xù) LED 光照（100 mW cm?2）、持續(xù) 500 小時(shí)

不透光器件

最佳器件參數(shù)：PCE：22.2%；Voc：1.21 V；Jsc：22.2 mA cm?2；FF：0.83；穩(wěn)態(tài)輸出效率（ SPO）：21.4%，相比對(duì)照器件（20.5%），效率提升主要來(lái)源于 Voc 提高，說(shuō)明復(fù)合損失降低。

半透明器件

冠軍 PCE：20.0%；SPO：19.5%；平均可見(jiàn)光透過(guò)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(lián)系統(tǒng)

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

光穩(wěn)定性顯著提升

在ISOS-L-1標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下（100 mW cm?2 LED，25°C）：未處理器件出現(xiàn)明顯 burn-in，180 小時(shí)后衰減約 40%；NaFo 處理器件無(wú)明顯 burn-in；連續(xù)運(yùn)行 500 小時(shí)后仍保持 >80% 初始效率。穩(wěn)定性提升歸因于：晶粒尺寸增大；殘余 PbI? 減少；缺陷態(tài)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(diào)控的寬禁帶鈣鈦礦穩(wěn)定性提升策略：通過(guò)在 SnO?/鈣鈦礦界面引入甲酸鈉（NaFo），實(shí)現(xiàn)對(duì) Pb2? 與鹵素空位的協(xié)同鈍化，抑制金屬 Pb? 形成并減少殘余 PbI?，同時(shí)優(yōu)化晶體生長(zhǎng)與界面質(zhì)量，從而顯著提高離子遷移能壘并有效抑制光誘導(dǎo) 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(dá)20.0 %，與工業(yè) TOPCon 硅電池構(gòu)建四端子系統(tǒng)后總效率達(dá)到28.6 %，且在連續(xù)光照 500 小時(shí)后仍保持超過(guò) 80% 初始效率。研究表明，界面優(yōu)先的缺陷調(diào)控與離子遷移抑制，是推動(dòng)寬禁帶鈣鈦礦在串聯(lián)及半透明應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高效率與高穩(wěn)定性的關(guān)鍵路徑。

美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀

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聯(lián)系電話：400 008 6690

大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀通過(guò)非接觸、高精度、實(shí)時(shí)反饋等特性，系統(tǒng)性解決了太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中的速度、良率、成本、工藝優(yōu)化與穩(wěn)定性等核心痛點(diǎn)，并且結(jié)合AI深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)缺陷識(shí)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(shí)清晰呈現(xiàn)高亮區(qū)域（如無(wú)缺陷區(qū)）與低亮區(qū)域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測(cè)缺陷：檢測(cè)速度≤2s，漏檢率；誤判率

AI缺陷識(shí)別分類訓(xùn)練：實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)缺陷識(shí)別與工藝反饋

美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀采用無(wú)接觸式測(cè)試方式，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鈣鈦礦電池各工藝段中的薄膜質(zhì)量異常，精準(zhǔn)定位單結(jié)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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