全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池，通過(guò)將寬帶隙和窄帶隙鈣鈦礦子電池組合，被認(rèn)為是突破單結(jié)電池效率極限的下一代技術(shù)。然而，其性能一直受限于窄帶隙子電池中，空穴傳輸層與鈣鈦礦埋底界面處嚴(yán)重的非輻射復(fù)合。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。

傳統(tǒng)鈍化方法（如使用長(zhǎng)鏈有機(jī)胺）往往在抑制復(fù)合的同時(shí)，阻礙了載流子的有效傳輸，導(dǎo)致填充因子和短路電流密度下降，陷入“鈍化”與“傳輸”難以兩全的困境。本研究創(chuàng)新性地提出了偶極鈍化策略，成功在抑制界面復(fù)合和促進(jìn)載流子提取之間取得了最佳平衡，最終實(shí)現(xiàn)了效率與穩(wěn)定性的顯著提升。

偶極鈍化策略的核心設(shè)計(jì)

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采用偶極鈍化的鉛錫窄帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的電池結(jié)構(gòu)與能級(jí)圖

本研究提出偶極鈍化策略，通過(guò)引入磺胺酸（SA）作為偶極鈍化分子（偶極矩 23.58 D），同時(shí)解決界面缺陷和能級(jí)對(duì)齊問(wèn)題，具體機(jī)制如下：

分子取向與界面作用：SA 分子的氨基（-NH??）可錨定在 Pb-Sn 鈣鈦礦表面，降低掩埋界面缺陷密度；磺酸基（-SO??）則吸附在 HTL（PEDOT:PSS）表面，形成穩(wěn)定的 “正偶極朝向鈣鈦礦”的取向，構(gòu)建歐姆接觸；

能級(jí)調(diào)控與載流子輸運(yùn)：該取向?qū)崿F(xiàn) HTL / 鈣鈦礦界面的 II 型能級(jí)對(duì)齊，產(chǎn)生從鈣鈦礦指向 PEDOT:PSS 的電場(chǎng) —— 既促進(jìn)空穴高效注入 HTL，又排斥電子遠(yuǎn)離界面，雙重抑制非輻射復(fù)合，同時(shí)避免載流子傳輸損失，解決 “復(fù)合抑制與傳輸增強(qiáng)” 的權(quán)衡問(wèn)題。

從界面到載流子的性能提升

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鉛錫鈣鈦礦 / 空穴傳輸層界面處的載流子動(dòng)力學(xué)

通過(guò)一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋碚鳎?/span>偶極鈍化的有效性得到了驗(yàn)證：

界面表征：ToF-SIMS和XPS證實(shí)SA分子精準(zhǔn)富集在埋底界面。

能帶調(diào)控：KPFM和UPS測(cè)量直接觀測(cè)到界面電勢(shì)與功函數(shù)的變化，證實(shí)了理論預(yù)測(cè)的能帶彎曲與Type-II能級(jí)對(duì)齊。

載流子動(dòng)力學(xué)提升：

穩(wěn)態(tài)/瞬態(tài)PL顯示非輻射復(fù)合被顯著抑制。

太赫茲光譜（OPTP）測(cè)得載流子遷移率大幅提升，擴(kuò)散長(zhǎng)度達(dá)到6.2 μm（對(duì)照組為4.8 μm），這意味著光生載流子被電極收集的幾率大大增加。

Pb-Sn窄帶隙鈣鈦礦電池性能

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采用偶極鈍化的鉛錫窄帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光伏性能

平均性能：處理組平均 PCE 從對(duì)照組的 22.6±0.2% 提升至 23.9±0.3%，Voc 平均提升 23 mV，F(xiàn)F 平均提升 0.6%；暗飽和電流密度降低，理想因子減小，表明非輻射復(fù)合受抑，并聯(lián)電阻（Rsh）增大；

最優(yōu)電池性能：在 208 個(gè)電池的統(tǒng)計(jì)中，最優(yōu)處理組電池反向掃描 PCE 達(dá) 24.9%（穩(wěn)定 PCE 24.7%），具體參數(shù)為：Voc=0.911 V、Jsc=33.1 mA cm?2、FF=82.6%；外量子效率（EQE）積分電流為 32.7 mA cm?2，與 J-V 測(cè)試結(jié)果高度一致；

穩(wěn)定性：無(wú)封裝電池在 N?手套箱暗態(tài)存放 1000 h 后，PCE 無(wú)顯著衰減，證明鈍化層可維持界面穩(wěn)定性。

全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池性能

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采用偶極鈍化的全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池的光伏性能

將經(jīng)過(guò)優(yōu)化的窄帶隙子電池與高效的寬帶隙子電池結(jié)合，制備出全鈣鈦礦疊層電池。

解決互連層損耗：在疊層電池中，互連層的制備工藝（如低溫退火）會(huì)劣化PEDOT:PSS性能。而偶極鈍化層有效緩解了這種劣化帶來(lái)的接觸損失，使窄帶隙子電池在疊層結(jié)構(gòu)中仍能保持高性能。

創(chuàng)紀(jì)錄效率：基于此策略的疊層電池實(shí)現(xiàn)了30.6%的實(shí)驗(yàn)室效率，并經(jīng)由日本JET實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證，獲得了30.1%的穩(wěn)態(tài)認(rèn)證效率（0.049 cm2）。更重要的是，該技術(shù)展現(xiàn)出良好的放大潛力，1.05 cm2的大面積電池也獲得了29.6%的認(rèn)證效率。

穩(wěn)定性的同步增強(qiáng)

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偶極鈍化策略不僅提升了效率，也改善了電池的穩(wěn)定性。

操作穩(wěn)定性：封裝后的疊層電池在連續(xù)最大功率點(diǎn)跟蹤1025小時(shí)后，仍能保持87%的初始效率，遠(yuǎn)超未處理的對(duì)照組。

熱穩(wěn)定性：SA分子的兩性特性有助于中和PEDOT:PSS的酸性，從而減緩了在熱應(yīng)力下的降解速度，提升了電池的熱穩(wěn)定性。

本研究通過(guò)引入磺胺酸作為偶極鈍化分子，成功解決了鈣鈦礦電池埋底界面處“鈍化”與“傳輸”相互制約的長(zhǎng)期難題。該策略通過(guò)定向偶極矩同步實(shí)現(xiàn)了界面缺陷鈍化與能級(jí)對(duì)齊優(yōu)化，如同一把“雙刃劍”，同時(shí)斬?cái)嗔朔禽椛鋸?fù)合和傳輸損耗的枷鎖。

這項(xiàng)研究不僅推動(dòng)了單結(jié)與疊層鈣鈦礦電池的效率達(dá)到新的高度，為其商業(yè)化進(jìn)程注入了強(qiáng)勁動(dòng)力，更提供了一種普適性的界面調(diào)控思路，對(duì)整個(gè)光電電池領(lǐng)域具有重要的啟發(fā)意義。未來(lái)的工作可聚焦于開(kāi)發(fā)更多樣化的偶極分子庫(kù)，并進(jìn)一步與其它穩(wěn)定性策略相結(jié)合，以期實(shí)現(xiàn)效率與長(zhǎng)期穩(wěn)定性的同步突破。

美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測(cè)試儀

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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：All-perovskite tandem solar cells with dipolar passivation

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