鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）正快速發(fā)展，有望取代硅基太陽(yáng)能電池板。本文探索了采用手動(dòng)絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備半透明、可規(guī)?；拟}鈦礦太陽(yáng)能組件，無(wú)需多次激光劃刻步驟。成功開(kāi)發(fā)出基于碳材料、無(wú)空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽(yáng)能組件，活性面積900cm2，功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)11.83%。通過(guò)結(jié)合美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱進(jìn)行加速老化（高濕、高溫及強(qiáng)太陽(yáng)輻照度）測(cè)試驗(yàn)證其商用潛力，證明該組件具有較高的效率和穩(wěn)定性，可用于建筑集成光伏BIPV中。

電池結(jié)構(gòu)

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(a) 太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu) (b) 電池材料能帶圖

基底：氟摻雜氧化錫（FTO）玻璃（2 mm厚，電阻率15 Ω/cm2）；

功能層：

電子傳輸層（ETL）：致密TiO?（c-TiO?）+介孔TiO?（m-TiO?）混合組成；

絕緣層：介孔ZrO?絲印漿料；

陰極：碳黑-石墨混合漿料（尺寸范圍1–20 μm）；

吸收層：5-AVA-MAPbI?鈣鈦礦前驅(qū)體溶液（穩(wěn)定性?xún)?yōu)于MAPbI?）。

100cm2 鈣鈦礦組件制備

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(a) 100cm2激光刻蝕模塊（單位：厘米）(b) 組件結(jié)構(gòu)及層寬示意圖

基板處理

激光刻槽：FTO玻璃刻蝕2mm絕緣溝道（間距1.7cm），防印刷溢料。

三溶劑超聲清洗（水/IPA/丙酮）+ 氮?dú)飧稍铩?/span>

全印刷沉積

氧化物層：c-TiO?（50nm）→ m-TiO?（500nm）→ ZrO?（1μm）→階梯退火（150℃→500℃）。

電極工藝：銀集流電極（500℃）→碳復(fù)合電極（碳黑+石墨，400℃退火）。

鈣鈦礦成膜

溶液浸漬：5-AVA-MAPbI?前驅(qū)體暗室滲透60min。

兩步固化：70℃結(jié)晶 +70% RH濕度處理（提質(zhì)效）。

封裝結(jié)構(gòu)

熱層壓封裝（110℃/3-5min），犧牲0.04%效率換長(zhǎng)期穩(wěn)定。

5電池串聯(lián)：單電池活性區(qū)2.8cm2，層寬梯度防短路（c-TiO?最窄，碳電極最寬）。

(a) 10×10cm2鈣鈦礦模塊（5串聯(lián)電池） (b) 30×30cm2模塊（19串聯(lián)電池）

900cm2 鈣鈦礦組件制備

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將 100 cm2 的設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)模化，以制備 900 cm2 大面積太陽(yáng)能電池板。該組件的器件制備與化學(xué)沉積流程與100 cm2組件相同。

規(guī)?；{(diào)整

加熱方式：改用烘箱均勻加熱（替代熱板）→ 確保均勻加熱至500℃（防止熱應(yīng)力開(kāi)裂）。

串聯(lián)結(jié)構(gòu)：900 cm2 組件由19 個(gè)鈣鈦礦電池在單個(gè)組件上串聯(lián)組成，激光刻蝕后必做水/IPA/丙酮超聲（防放大污染）。

幾何參數(shù)重構(gòu)

基底尺寸：30×30 cm2（面積900 cm2）。

層寬不變：各層的寬度與 100 cm2 組件相同。

長(zhǎng)度擴(kuò)展：長(zhǎng)度改為 27 cm → 活性面積增至200 cm2（原100 cm2組件為14 cm2）。

加速老化測(cè)試

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干熱測(cè)試T??：35℃（黑暗/40-50% RH，5小時(shí)）→ 評(píng)估春季均溫下的穩(wěn)定性。

干熱測(cè)試T??：44℃（黑暗/40-50% RH，3小時(shí)）→ 模擬夏季環(huán)境適應(yīng)性。

干熱測(cè)試T??：70℃（黑暗/1小時(shí)）→ 測(cè)試加速老化閾值。

濕度暴露測(cè)試RH??：70% RH（黑暗/5小時(shí)）→ 分析高濕影響。

水浸測(cè)試W?：完全浸水（23-28℃/100% RH，黑暗/1小時(shí)）→ 模擬水浸場(chǎng)景穩(wěn)定性。

光浸泡測(cè)試L????：1000 W/m2光照（升至45℃/40-45% RH，1小時(shí)）→ 測(cè)量光照衰退性能。

鈣鈦礦組件電性能參數(shù)

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(a) 100cm2模塊I-V曲線(xiàn) (b) 900cm2模塊I-V曲線(xiàn)

100cm2與900cm2組件電性能參數(shù)

100 cm2 組件的性能優(yōu)于 900 cm2 組件，這是因?yàn)樵谙鄳?yīng)電極處收集電荷期間復(fù)合率較低。由于光利用效率是通過(guò)測(cè)量透明區(qū)域尺寸與總組件面積的比值，并將其乘以器件的功率轉(zhuǎn)換效率來(lái)計(jì)算的，因此電荷收集量顯著下降。

鈣鈦礦組件穩(wěn)定性表現(xiàn)

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(a) 老化測(cè)試后效率衰減趨勢(shì) (b) 最大功率衰減趨勢(shì)

(a) 開(kāi)路電壓變化 (b) 短路電流衰減

(a) 最大電流衰減 (b) 最大電壓變化

最佳穩(wěn)定性：35°C干熱測(cè)試（衰減率0.04%/h，壽命≈250 h）；

最差穩(wěn)定性：水浸測(cè)試（衰減率0.16%/h，壽命≈50 h）；

關(guān)鍵現(xiàn)象

44°C及以上溫度下，電流（I?、I???）呈指數(shù)衰減；

光照測(cè)試中，V?前期波動(dòng)（光致降解），后期加速衰減；

封裝導(dǎo)致效率輕微下降（0.04%），但顯著提升環(huán)境穩(wěn)定性。

本研究采用手工絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備無(wú)空穴傳輸層（HTL-free）的碳基半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能組件（ST-PSM），活性面積達(dá)900 cm2，功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）為11.83%。通過(guò)優(yōu)化電池間距實(shí)現(xiàn)半透明性，省略傳統(tǒng)激光劃線(xiàn)步驟，提升機(jī)械穩(wěn)定性并降低成本。組件在高溫（35°C/44°C/70°C）、高濕（70% RH）、水浸及全光照 （ 1000 W / m2 ） 條件下進(jìn)行加速老化測(cè)試，結(jié)果證明組件具備高穩(wěn)定性與光利用效率（ LUE = 4.82% ） ，適用于建筑一體化光伏BIPV窗戶(hù)材料。

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(mǎn)足不同氣候條件下的測(cè)試需求。

溫度范圍：20℃~+130℃

溫濕度范圍：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

滿(mǎn)足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱為光伏組件測(cè)試提供一站式氣候模擬解決方案，精準(zhǔn)賦能加速老化實(shí)驗(yàn)，全面保障組件可靠性認(rèn)證。以標(biāo)準(zhǔn)化智能控制助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為高穩(wěn)定性、可規(guī)?；拇竺娣e鈣鈦礦組件突破提供堅(jiān)實(shí)支撐。

原文參考：Fabrication of stable large-area semi-transparent perovskite solar module for building-integrated photovoltaics

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