二維鈣鈦礦夾層能顯著提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及組件效率，但其長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性仍面臨挑戰(zhàn)。美能鈣鈦礦復(fù)合式MPPT測(cè)試儀采用AAA級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器作為老化光源，可通過(guò)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。

本研究提出一種共晶工程策略，采用中性分子苯并胍胺作為連接劑，替代傳統(tǒng)離子型分子，成功構(gòu)建了穩(wěn)定的共晶二維鈣鈦礦相。將該共晶層置于鈣鈦礦吸光層之上，小面積電池的功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.4%；活性面積9.0cm2與48cm2的組件效率分別達(dá)到23.1%與18.5%。在最大功率點(diǎn)持續(xù)測(cè)試中，組件在>5000小時(shí)1倍太陽(yáng)光浸泡后保持>95%初始效率，在>1000小時(shí) 紫外線照射后保持>98%初始效率，并在85°C高溫下>5000小時(shí)熱應(yīng)力測(cè)試后仍保持>91%初始效率，展現(xiàn)出卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

共晶二維鈣鈦礦相的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

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共晶鈣鈦礦形成與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖

本研究創(chuàng)新性地引入苯并胍胺（及其衍生物）作為中性共形成物，通過(guò)分子間作用力與鈣鈦礦前驅(qū)體結(jié)合，在無(wú)需離子交換的條件下直接形成化學(xué)計(jì)量的共晶二維鈣鈦礦相。該共晶相保留了類(lèi)似Ruddlesden-Popper型的層狀結(jié)構(gòu)，且在形成過(guò)程中不改變?cè)腥S鈣鈦礦的化學(xué)計(jì)量比。

結(jié)構(gòu)表征與形成機(jī)理

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a–d: 摻入不同濃度BGA、AGA及離子型PEA的MAPbI?薄膜的XRD圖譜 (a–c) 及 (d)TRPL壽命變化e: TCP/BGA與DCP/BGA雙層薄膜的低角度XRD圖譜f: DCP/BGA薄膜的GIWAXS圖g, h: DCP薄膜及其BGA覆蓋層的XPS N 1s譜

通過(guò)X射線衍射、掠入射廣角X射線散射等分析手段，系統(tǒng)研究了BGA與不同鈣鈦礦體系（MAPbI?、雙陽(yáng)離子及三陽(yáng)離子鈣鈦礦）的相互作用。結(jié)果表明：

BGA的加入誘導(dǎo)出現(xiàn)低角度衍射峰，對(duì)應(yīng)層狀結(jié)構(gòu)的形成，且其結(jié)晶取向受BGA濃度與小陽(yáng)離子共同調(diào)控。

DFT計(jì)算表明，BGA分子具有均勻分布的前線軌道，能有效鈍化表面缺陷，其面朝上取向有利于電荷傳輸。

與傳統(tǒng)的離子型連接劑PEA相比，BGA更傾向于形成穩(wěn)定的共晶相，而非通過(guò)離子交換機(jī)制。

薄膜形貌與光電性質(zhì)

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掃描電鏡顯示，BGA處理后的鈣鈦礦薄膜表面出現(xiàn)明顯的二維薄片結(jié)構(gòu)，覆蓋于三維晶界之上，有助于缺陷鈍化。紫外-可見(jiàn)吸收與光致發(fā)光光譜進(jìn)一步證實(shí)了二維相的形成，并顯示其光吸收邊與發(fā)射峰位置與層數(shù)相關(guān)。

時(shí)間分辨光致發(fā)光測(cè)試表明，適量BGA可顯著延長(zhǎng)載流子壽命，最高達(dá)304.5 ns，說(shuō)明非輻射復(fù)合得到有效抑制。

光伏器件性能與電荷動(dòng)力學(xué)

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電池與組件效率

a: DCP/BGA器件的截面SEM圖像b 冠軍器件的正反掃J-V曲線d: DCP/BGA與DCP器件的TRPL衰減曲線e, f: TPV與TPC分析g暗態(tài)J-V曲線

a: 制備的9.0 cm2與48 cm2活性面積模塊實(shí)物圖b: 模塊的統(tǒng)計(jì)效率分布c: 9.0 cm2冠軍模塊的I-V與P-V曲線d–f: 封裝模塊在85°C濕熱、1-sun光浸泡及紫外輻照下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果g, h: 本工作模塊的穩(wěn)定性與文獻(xiàn)報(bào)道對(duì)比

基于DCP/BGA結(jié)構(gòu)的冠軍小面積電池實(shí)現(xiàn)了23.4 %的PCE，主要得益于短路電流密度與填充因子的提升。將其拓展至組件尺度：

9.0 cm2組件冠軍效率達(dá)23.13 %（幾何填充因子91%）。

48 cm2大面積組件效率達(dá)18.5 %（幾何填充因子89%），對(duì)應(yīng)輸出功率超過(guò)886 mW。

電荷傳輸與復(fù)合行為

載流子壽命：共晶工程使器件載流子壽命從52.9 ns提升至302.1 ns。

瞬態(tài)光電測(cè)試：TPV顯示復(fù)合時(shí)間延長(zhǎng)，TPC表明空穴提取速度加快。

阻抗分析：共晶器件具有更低的電荷傳輸電阻、更高的復(fù)合電阻與離子遷移電阻，表明界面復(fù)合與離子遷移均被顯著抑制。

暗電流特性：理想因子從3.7降至2.2，飽和電流密度降低，進(jìn)一步證實(shí)界面非輻射復(fù)合減少。

穩(wěn)定性測(cè)試與鈍化機(jī)制

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通過(guò)低角度XRD追蹤TCP/BGA與DCP/BGA薄膜在長(zhǎng)期老化過(guò)程中各物相（3D α/δ相、2D RP相、PbI?等）的結(jié)晶度演變

在嚴(yán)格遵循ISOS與IEC61215標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件下，封裝后的BGA共晶工程組件表現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性：

熱穩(wěn)定性：85°C、~65% RH條件下>5000小時(shí)，PCE保持率>91 %（T91）。

光穩(wěn)定性：1倍太陽(yáng)光、MPP跟蹤下>5000小時(shí)，PCE保持率>95 %。

紫外穩(wěn)定性：UV(A/B)照射下>1000小時(shí)，PCE保持率>98 %。

逐步展示了從配體交換、分子間穩(wěn)定、鹵化鉛鏈重構(gòu)、BGA重取向到最終形成穩(wěn)定層狀共晶2D相的動(dòng)態(tài)過(guò)程

相比傳統(tǒng)三維或離子型二維鈣鈦礦器件，共晶工程帶來(lái)的穩(wěn)定性提升尤為顯著。其機(jī)理可歸結(jié)為：

缺陷選擇性鈍化：BGA分子優(yōu)先覆蓋表面與晶界缺陷，抑制非輻射復(fù)合。

離子遷移阻擋：共晶二維相作為致密屏障，有效抑制鹵化物與有機(jī)陽(yáng)離子的遷移。

結(jié)構(gòu)自修復(fù)能力：BGA分子可通過(guò)動(dòng)態(tài)相互作用實(shí)現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)重整，延緩降解過(guò)程。

能級(jí)對(duì)齊優(yōu)化：共晶層改善界面能帶對(duì)齊，促進(jìn)電荷提取并減少?gòu)?fù)合。

本研究成功開(kāi)發(fā)了一種基于中性共形成物BGA的共晶工程策略，實(shí)現(xiàn)了高效、穩(wěn)定、可擴(kuò)展的二維鈣鈦礦相構(gòu)建。該共晶相不僅能顯著提升器件的光伏性能，更在高溫、光照及紫外線等多種應(yīng)力條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作不僅為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與組件的商業(yè)化提供了有前途的材料解決方案，也拓展了共晶工程在光電材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用范疇，為后續(xù)開(kāi)發(fā)新型低維鈣鈦礦體系及其他光電器件提供了重要借鑒。

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(yáng)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(yáng)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)：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(guò)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：Co-crystal engineering of a two-dimensional perovskite phase for perovskite solar modules with improved efficiency and stability