在鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池中，寬禁帶（WBG）鈣鈦礦頂電池是實現(xiàn)高效率的關(guān)鍵，但其在實際應(yīng)用中面臨核心挑戰(zhàn)：高溴含量導致結(jié)晶過程難以控制，易引發(fā)嚴重的相分離和晶格畸變，產(chǎn)生大量缺陷，造成嚴重的非輻射復合損失，從而限制電池性能與穩(wěn)定性。美能鈣鈦礦復合式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行控溫并控制電池所處的環(huán)境氛圍，進行長期的穩(wěn)定性能測試。

本研究創(chuàng)新性地提出一種結(jié)晶調(diào)控與缺陷鈍化協(xié)同策略：在鈣鈦礦前驅(qū)體中引入氰酸鉀添加劑。其中，K?離子通過在晶格表面吸附來引導晶體沿更穩(wěn)定的（110）晶面擇優(yōu)生長，而OCN?陰離子則摻入晶格，有效占據(jù)鹵素空位并鈍化未配位鉛離子，同時形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)以釋放晶格應(yīng)變。該方案同步解決了結(jié)晶取向、缺陷密度和晶格應(yīng)力三大難題，為制備高效、穩(wěn)定的寬禁帶鈣鈦礦及疊層電池提供了有效途徑。

實驗材料與制備

Millennial Solar

主要材料：

氰酸鉀（KOCN，97%）、硫氰酸鉀（KSCN，99%）；甲基氰酸鹽（MAOCN，98%）、碳酸二乙酯（DEC）；N,N - 二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亞砜（DMSO）、氯苯（CB）等溶劑；碘化鉛（PbI?）、溴化鉛（PbBr?）、甲脒碘化物（FAI）、碘化銫（CsI）等鈣鈦礦前驅(qū)體材料；4PADCB、C??、銅（Cu）等電池制備材料。

前驅(qū)體與電池制備：

1.4M FA?.??Cs?.??PbI?.??Br?.??前驅(qū)體由DMF：DMSO（體積比8：2）混合溶劑配制，攪拌過夜后添加1 %摩爾濃度的KOCN。單結(jié)電池制備過程包括ITO基底清洗與紫外臭氧處理、4PADCB 空穴傳輸層旋涂與退火、鈣鈦礦層旋涂（兩步法）與退火、PDAI?表面修飾、C??/BCP 電子傳輸層與 Cu 電極真空蒸發(fā)。

硅底電池采用n型全紋理硅片制備，通過等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）制備接觸層與納米晶硅層，沉積透明導電氧化物（TCO）與 Ag 電極后，正面沉積ITO層用于疊層電池組裝。疊層電池通過在硅底電池上制備鈣鈦礦頂電池，依次沉積 C??、SnO?、IZO 層，最后蒸發(fā) Ag 指狀柵極與 MgF?抗反射層獲得。

KOCN與WBG鈣鈦礦的相互作用及理論計算

(a) MAOCN、KSCN和KOCN分子的靜電勢分布及相應(yīng)偶極矩(b) 添加劑與（110）晶面缺陷的結(jié)合能(c) 添加劑的靜電勢(d) 不同添加劑處理電池的J-V曲線(e-g) 對照和KOCN摻雜鈣鈦礦薄膜的XPS譜圖：(e) Pb 4f, (f) I 3d, (g) K 2p

理論計算表明，KOCN具有較高的分子極性和偶極矩，顯示出優(yōu)異的缺陷鈍化潛力。其與（110）面缺陷的結(jié)合能較低，且在該面的吸附能力優(yōu)于（100）面，這從理論上支持了其促進（110）取向生長的能力。

實驗上，F(xiàn)TIR和XPS證實了KOCN成功摻入薄膜，并與鈣鈦礦組分發(fā)生化學相互作用，有效鈍化了鉛相關(guān)缺陷和碘空位。

寬禁帶鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)與形貌表征

對照和KOCN摻雜薄膜的：(a, b) GIWAXS圖(c, d) XRD譜圖(e, f)頂視SEM圖像(g, h)AFM圖像(i, j) 不同傾斜角ψ下，GIXRD譜圖（2θ峰隨ψ角變化）(k, l) 基于(i, j)的2θ與sin2ψ關(guān)系圖，用于量化殘余應(yīng)變

GIWAXS和XRD分析共同證實，KOCN摻雜顯著增強了薄膜的（110）晶面取向。

SEM和AFM顯示，摻雜后薄膜更加致密、光滑，晶粒尺寸增大，表面粗糙度降低。

GIXRD應(yīng)變分析表明，KOCN的引入有效釋放了薄膜中的本征壓縮應(yīng)變，有利于提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

薄膜光電性能與缺陷分析

Millennial Solar

(a) KOCN摻雜薄膜的TOF-SIMS深度剖析(b)對照和KOCN摻雜薄膜的UPS譜圖（左：二次電子截止邊；右：價帶區(qū)）(c) 鈣鈦礦太陽能電池的能級示意圖(d, e)對照和KOCN摻雜薄膜的穩(wěn)態(tài)PL光譜和TRPL光譜(f)對照和KOCN摻雜薄膜在玻璃和ITO/HTL基底上的PLQY結(jié)果(g) KOCN與鈣鈦礦的相互作用機理示意圖

UPS和KPFM測試表明，KOCN摻雜優(yōu)化了薄膜的能級結(jié)構(gòu)，費米能級上移，改善了與電荷傳輸層的能級對齊。

PL和TRPL光譜顯示，摻雜薄膜的發(fā)光強度增強，載流子壽命顯著延長，表明體相非輻射復合受到抑制。

PLQY和QFLS測量進一步證明，KOCN有效降低了界面處的非輻射復合損失。

寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池電池性能

(a)寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池的截面SEM圖像；對照和1% KOCN摻雜最優(yōu)電池：(b)在正反掃下的J-V曲線(c)外量子效率及相應(yīng)積分電流密度(d)穩(wěn)態(tài)功率輸出和光電流(e)陷阱態(tài)密度分布(f)填充因子損失機制示意圖(g)細開路電壓損失分析；(h) 2020年-2025年報道的1.65–1.70 eV帶隙鈣鈦礦電池效率統(tǒng)計；(i)-未封裝電池在充滿N?的手套箱中存儲時的效率變化

寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池及兩端鈣鈦礦/硅疊層電池的光伏性能總結(jié)

基于優(yōu)化后的薄膜，制備的倒置結(jié)構(gòu)單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池（結(jié)構(gòu)：ITO/4PADCB/Perovskite/ C??/BCP/Cu）取得了突破性性能。

最優(yōu)電池效率達23.60%，開路電壓為1.263 V，填充因子為84.39%，各項參數(shù)均優(yōu)于對照電池。效率統(tǒng)計分布更集中，重現(xiàn)性良好。

缺陷態(tài)密度、電致發(fā)光量子效率及阻抗譜等分析一致表明，KOCN的引入顯著降低了電池內(nèi)的陷阱密度，抑制了陷阱輔助復合，從而減少了開路電壓損失并提升了填充因子。

電池穩(wěn)定性

Millennial Solar

未封裝電池在氮氣手套箱中存儲1300小時后，KOCN摻雜電池保持了超過98%的初始效率，遠優(yōu)于對照電池（90%）。

這種穩(wěn)定性的提升主要歸因于OCN?摻入晶格后形成的穩(wěn)定氫鍵網(wǎng)絡(luò)對結(jié)構(gòu)的加固，以及K?引導形成的擇優(yōu)取向、低應(yīng)變晶體結(jié)構(gòu)。

鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池性能

Millennial Solar

(a) 鈣鈦礦/硅疊層太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖；(b, c) 鈣鈦礦/硅疊層電池的截面SEM圖像；對照和1% KOCN摻雜疊層電池：(d)在正反掃下的J-V曲線(e)鈣鈦礦頂電池和硅底電池的EQE光譜(f, g)開路電壓和效率箱形圖；(h)未封裝疊層電池在環(huán)境空氣條件下進行最大功率點跟蹤的穩(wěn)定性測試結(jié)果

將高性能的KOCN基寬禁帶鈣鈦礦頂電池與織構(gòu)化硅異質(zhì)結(jié)底電池結(jié)合，制備了兩端鈣鈦礦/硅疊層電池。

最優(yōu)疊層電池效率達到31.10%，其開路電壓高達1.911 V，頂?shù)纂姵仉娏髌ヅ淞己谩?/span>

未封裝疊層電池在環(huán)境空氣中連續(xù)光照下進行最大功率點mpp跟蹤，240小時后仍能保持90%的初始效率，顯示了良好的工作穩(wěn)定性。

本研究證實了氰酸鉀作為一種高效多功能添加劑，在寬禁帶鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用潛力。它通過K?和OCN?的協(xié)同作用，實現(xiàn)了對鈣鈦礦結(jié)晶取向的精準調(diào)控、（110）面的擇優(yōu)生長、晶格應(yīng)變的有效釋放以及深層缺陷的顯著鈍化。這一策略不僅制備出了效率達23.60%的高性能寬禁帶單結(jié)電池，更成功推動兩端鈣鈦礦/硅疊層電池效率突破31%，并大幅提升了電池的長期穩(wěn)定性。該工作為設(shè)計高效穩(wěn)定的寬禁帶鈣鈦礦及疊層電池提供了新的添加劑選擇與清晰的機理理解。

鈣鈦礦復合式MPPT測試儀

Millennial Solar

美能鈣鈦礦復合式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標準

多型號電子負載可選，多通道獨立運行

不同波段光譜輸出可調(diào)：7.350-400nm/400-750nm/750-1150nm均獨立可控

美能鈣鈦礦復合式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：Potassium Cyanate Stabilizes Lattice and Promotes Preferred Orientation for 1.67-eV Wide-Bandgap Perovskite and Perovskite/Silicon Tandems

*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)系我司進行刪除。