工業(yè)TOPCon技術(shù)已成為晶硅光伏市場主流，其薄硅片（~130 μm）雖降本但熱導(dǎo)率極高（148W/mK），導(dǎo)致鈣鈦礦退火時(shí)熱量傳遞過快、結(jié)晶速度較玻璃基底加快三倍。這種急速結(jié)晶引發(fā)界面空洞、鹵化物偏析和嚴(yán)重的非輻射復(fù)合，使傳統(tǒng)“無機(jī)調(diào)控”策略失效。美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測試儀通過無接觸式測試，監(jiān)測各個(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。

研究團(tuán)隊(duì)引入2-巰基苯并噻唑（MBT），其雜環(huán)氮原子和巰基能與鈣鈦礦主要有機(jī)陽離子FA?形成氫鍵和靜電雙重作用，通過“有機(jī)調(diào)控”延緩中間相轉(zhuǎn)化、延長結(jié)晶窗口。優(yōu)化后薄膜陷阱輔助復(fù)合速率從3.2×10? cm?1降至4.3×10? cm?1，最終兩端鈣鈦礦/TOPCon疊層電池實(shí)現(xiàn)32.76%認(rèn)證穩(wěn)定效率，并在1700小時(shí)連續(xù)運(yùn)行后保持91%初始性能，為鈣鈦礦融入主流硅技術(shù)提供了關(guān)鍵路徑。

快速熱傳導(dǎo)誘發(fā)結(jié)晶缺陷

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a玻璃和晶體硅基底的厚度與熱導(dǎo)率特性概覽b 模擬的玻璃和晶體硅基底上的退火溫度曲線c加熱第一秒時(shí)，玻璃和晶體硅基底上的三維溫度分布圖d-e在玻璃和晶體硅基底上結(jié)晶過程中，PL光譜顯示的發(fā)射峰演變F-g鈣鈦礦薄膜在玻璃和晶體硅上的截面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像h鈣鈦礦在玻璃和晶體硅基底上結(jié)晶機(jī)制的示意圖

研究首先通過熱模擬證實(shí)了這一點(diǎn)。將基底置于熱板上，130微米厚的硅片在10秒內(nèi)即可達(dá)到目標(biāo)溫度，而1.1毫米厚的玻璃則需要40秒以上。在最初的5秒內(nèi)，硅片表面溫度已飆升至98 °C，而玻璃僅為65 °C。

這種差異直接影響了結(jié)晶過程。原位光致發(fā)光（PL）追蹤顯示，在玻璃上，鈣鈦礦的結(jié)晶是一個(gè)持續(xù)超過15秒的“漸進(jìn)式”過程；而在硅上，這一過程被壓縮至短短5秒，速度快了三倍。這種急速結(jié)晶導(dǎo)致薄膜形貌惡化，截面電子顯微鏡（SEM）圖像顯示，在硅片上制備的薄膜底部（即埋底界面）存在大量微觀空隙，而玻璃上的薄膜則致密無瑕。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)，正是硅片的快速熱傳導(dǎo)導(dǎo)致了頂層過早固化，將殘余溶劑封堵在薄膜底部，最終形成了這些有害的空隙。

通過雙模式結(jié)合FA?的配體優(yōu)化結(jié)晶過程

a配體分子的靜電勢（ESP）映射圖bMBT與FA陽離子之間雙模式氫鍵和靜電相互作用的示意圖c-d核磁共振（NMR）光譜e有無MBT的鈣鈦膜在退火初期結(jié)晶過程中的原位掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）圖譜f 添加MBT后通過調(diào)控FA陽離子實(shí)現(xiàn)結(jié)晶延緩的機(jī)制示意圖

研究者提出了一種創(chuàng)新的“有機(jī)調(diào)控”思路。傳統(tǒng)方法多集中于使用與無機(jī)鉛（Pb2?）強(qiáng)配位的添加劑（如DMSO）來調(diào)控結(jié)晶，即“無機(jī)調(diào)控”。但在快速升溫的硅片上，這種調(diào)控力度已顯不足。研究團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，將目標(biāo)鎖定在鈣鈦礦中占比最高的有機(jī)陽離子——甲脒（FA?）上。

研究發(fā)現(xiàn)，2-巰基苯并噻唑（MBT）是一種理想的候選物。理論計(jì)算和核磁共振（NMR）分析表明，MBT分子具有獨(dú)特的雙模式結(jié)合能力：其雜環(huán)上的氮原子可以與FA?中的氫形成氫鍵，而其巰基上的氫原子則能與FA?發(fā)生靜電相互作用。這種雙重作用使得MBT能與FA?形成比單一作用更穩(wěn)定的結(jié)合。更重要的是，DFT計(jì)算顯示MBT更傾向于與FAI結(jié)合，而非與PbI?結(jié)合，這確保了其“有機(jī)調(diào)控”的主導(dǎo)地位。

掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）揭示了MBT的作用機(jī)制：添加MBT后，鈣鈦礦的中間相在退火過程中存留時(shí)間顯著延長。這表明，MBT通過穩(wěn)定FA?，延緩了中間相向最終鈣鈦礦相的轉(zhuǎn)化，從而有效“踩下了結(jié)晶的剎車”，讓晶體能夠更從容、更均勻地生長。

薄膜質(zhì)量與光電性能的全面提升

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a-d對(duì)照和目標(biāo)薄膜的埋底界面頂視圖（左）和截面形貌（右）的SEM圖像e-f穩(wěn)態(tài)共聚焦光致發(fā)光（PL）圖譜g-h高光譜成像圖i-j不同載流子濃度下對(duì)照和目標(biāo)樣品的時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL）衰減曲線k-l光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）及iV?c的光電性能對(duì)比

得益于更平緩的結(jié)晶過程，MBT處理的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量得到了全面改善：

形貌優(yōu)化：SEM圖像顯示，原先在硅片上常見的界面空隙被徹底消除，薄膜更加致密、均勻。原子力顯微鏡（AFM）也證實(shí)其表面更光滑。

成分與能級(jí)均勻：高光譜成像和元素分布圖顯示，MBT薄膜的發(fā)光峰位和元素分布更為均勻，而對(duì)照樣品則出現(xiàn)明顯的紅移和成分不均，這通常與快速結(jié)晶導(dǎo)致的降解有關(guān)。開爾文探針力顯微鏡（KPFM）也證實(shí)其表面電勢分布更均勻。

缺陷與復(fù)合大幅減少：時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL）顯示，MBT薄膜的載流子壽命是對(duì)照組的三倍。更為關(guān)鍵的是，通過變注量TRPL提取的陷阱輔助復(fù)合速率，從對(duì)照組的3.2×10? cm?1 驟降至MBT組的4.3×10? cm?1，達(dá)到領(lǐng)域內(nèi)領(lǐng)先水平。這直接證明了非輻射復(fù)合被極大抑制。

光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）提升：在完整器件結(jié)構(gòu)中，MBT薄膜的PLQY從0.15%躍升至1.80%，對(duì)應(yīng)的隱含開路電壓（iV?c）超過1.29 V，比對(duì)照組高出60 mV，創(chuàng)下了寬帶隙鈣鈦礦用于硅基疊層的新紀(jì)錄。

器件應(yīng)用：創(chuàng)紀(jì)錄的疊層電池性能

a疊層器件結(jié)構(gòu)的示意圖b疊層器件的截面SEM圖像c對(duì)照和目標(biāo)疊層器件的電流密度-電壓（J?VJ?V）特性曲線d-e 對(duì)照和目標(biāo)器件的 Voc和PCE統(tǒng)計(jì)分布f 近期文獻(xiàn)中報(bào)道的頂級(jí)的單塊型鈣鈦礦/TOPCon疊層太陽能電池PCE總結(jié)g認(rèn)證的穩(wěn)態(tài)效率輸出，在最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）300秒后測得h封裝的對(duì)照和目標(biāo)疊層器件在ISOS-L-1協(xié)議下的MPPT穩(wěn)定性曲線

將優(yōu)化后的鈣鈦礦頂電池與工業(yè)級(jí)TOPCon硅底電池集成，制備了兩端疊層器件。MBT處理的目標(biāo)器件展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢：

效率突破：最佳器件的開路電壓（V?c）從1.90 V提升至1.95 V，填充因子（FF）從80.35%提升至83.78%，推動(dòng)功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）從31.28%躍升至33.62%。

權(quán)威認(rèn)證：經(jīng)國家光伏產(chǎn)業(yè)計(jì)量測試中心NPVM獨(dú)立認(rèn)證，器件獲得了32.54 %的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)效率，并在300秒最大功率點(diǎn)追蹤后測得32.76 %的穩(wěn)定效率。這是目前鈣鈦礦/TOPCon疊層電池的最高認(rèn)證穩(wěn)定效率之一。

穩(wěn)定性優(yōu)異：在ISOS-L-1協(xié)議下（室溫，85%相對(duì)濕度）進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤，MBT處理的封裝器件在連續(xù)運(yùn)行近1700小時(shí)后，仍能保持初始效率的91%，遠(yuǎn)超對(duì)照組，證明了該策略在提升穩(wěn)定性方面的巨大潛力。

本研究深刻揭示了工業(yè)級(jí)薄硅基底上鈣鈦礦結(jié)晶過快的問題根源，并提出了通過MBT雙模式結(jié)合FA?有機(jī)陽離子來“減速提質(zhì)”的創(chuàng)新策略。該策略有效優(yōu)化了鈣鈦礦薄膜的形貌、成分和光電性能，最終在工業(yè)TOPCon硅片上實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的高效穩(wěn)定疊層電池。這項(xiàng)工作不僅為理解基底特異性結(jié)晶行為提供了新視角，也為鈣鈦礦技術(shù)融入主流光伏制造開辟了可行道路。研究者相信，該策略有望通過可擴(kuò)展的溶液法應(yīng)用于未來的工業(yè)生產(chǎn)中。

美能大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測試儀

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大平臺(tái)鈣鈦礦電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實(shí)時(shí)反饋等特性，系統(tǒng)性解決了太陽能電池生產(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（如無缺陷區(qū)）與低亮區(qū)域（如缺陷暗斑）

高速在線PL檢測缺陷：檢測速度≤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測試儀采用無接觸式測試方式，可實(shí)時(shí)監(jiān)測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：Additive-assisted perovskite crystallization on industrial TOPCon silicon for tandem solar cells with improved efficiency

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