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遇见张婉莹：那个闪闪发光的14岁少女，和她不一样的青春故事
钙钛矿/硅叠层太阳能电池是突破单结太阳能电池理论效率极限、实现低成本高效光伏技术的核心路径之一。
然而其产业化面临一个关键挑战高性能宽带隙钙钛矿顶电池的制备通常需要严格控制的惰性气氛如手套箱这与低成本、大规模的环境空气制备工艺相矛盾。
环境空气中的水分会严重干扰钙钛矿的结晶过程并引发材料降解导致器件效率与稳定性大幅下降。
美能钙钛矿复合式MPPT测试仪采用AAA级LED太阳光模拟器作为老化光源可通过多种方式对电池进行控温并控制电池所处的环境氛围进行长期的稳定性能测试。
针对这一难题本研究创新性地提出了一种“湿膜干预”策略。
该策略的核心是在钙钛矿薄膜形成的中间阶段即有机盐溶液涂布在无机骨架上形成“湿膜”后立即引入一种功能性分子以精确调控后续的结晶行为并抵抗环境水分的不利影响。
策略核心双功能分子nBASCNA混合顺序沉积工艺及湿膜干预策略示意图B不同烷基链长的烷基铵硫氰酸盐分子结构C对照组与烷基铵硫氰酸盐干预后钙钛矿薄膜的俯视SEM图像D对照组与烷基铵硫氰酸盐干预后钙钛矿薄膜的衍射峰半高宽FWHM及钙钛矿100峰与PbI₂峰强度比E对照组与烷基铵硫氰酸盐干预后钙钛矿单结器件的平均功率转换效率A 对照组与nBASCN干预钙钛矿薄膜在不同退火时间下的XRD图谱B 有无nBASCN干预下钙钛矿薄膜演化过程示意图C nBASCN原料、nBASCN干预湿膜及最终薄膜的FTIR光谱D nBASCN干预湿膜与最终薄膜的¹H NMR谱图E 沉积于ITO-NiOₓ/SAM衬底上的nBASCN干预薄膜的ToF-SIMS深度分布F 对照组与nBASCN干预钙钛矿薄膜的Pb元素XPS谱图经过系统筛选研究团队发现硫氰酸正丁铵nBASCN是实现该策略的理想添加剂。
它发挥双重作用结晶调控端 (SCN⁻)硫氰酸根离子能有效促进钙钛矿晶粒的二次生长和结晶度提升并引导形成更利于电荷传输的晶体取向。
防护与钝化端 (nBA⁺)正丁铵阳离子具有一定的疏水性能在湿膜表面形成一层动态、可挥发的保护层抑制水分渗透。
在后续热处理中部分nBA⁺能挥发而残留的部分可以填充钙钛矿晶格表面的缺陷空位钝化非辐射复合中心改善界面电荷提取。
作用机制解耦与协同A 沉积于裸玻璃上的对照组与nBASCN干预钙钛矿薄膜的稳态PL谱B 对照组与nBASCN干预钙钛矿薄膜的TRPL谱图C 钙钛矿/C₆₀堆叠结构的TRPL谱图D 钙钛矿薄膜的KPFM图像及表面电势统计分布E 有无nBASCN湿膜干预的钙钛矿薄膜能级示意图传统的添加剂直接混入前驱体溶液其结晶促进效应在环境湿度下会变得过快且不可控。
本研究的“湿膜干预”巧妙地将“有机盐扩散”与“钙钛矿结晶”两个过程解耦。
首先利用氯化甲基铵MACl等添加剂确保有机盐在湿膜中充分、均匀地扩散。
随后再通过nBASCN的SCN⁻专门调控结晶步骤从而实现了在环境空气中依然可控、均匀的高质量结晶。
卓越的性能表现A–D 对照组与nBASCN干预器件的光伏参数统计分布E 冠军不透明器件
044 cm²的J-V曲线F 冠军器件的EQE谱G 冠军器件在MPP的稳态功率输出H 从纯钙钛矿、HTL/钙钛矿及HTL/钙钛矿/ETL结构的PL谱提取的准费米能级分裂QFLS值I 器件的FF损失分析J 器件的功率损失分析该策略带来了显著的器件性能提升小面积单结器件~1 cm²效率从约19%提升至
2
22%。
小面积叠层器件
1664 cm²在环境空气中制备的器件获得了
3
71%的实验室测试效率并获得了
3
51% 的第三方认证效率这是当时空气中制备钙钛矿/硅叠层电池的最高纪录之一。
大面积叠层器件16 cm²采用与工业化生产兼容的狭缝涂布技术实现了
2
09%的高效率证明了其卓越的可扩展性。
增强的环境稳定性A 钙钛矿/SHJ叠层太阳能电池结构示意图B nBASCN干预叠层器件的截面SEM图像C, D 化学抛光SHJ的俯视SEM图像C与截面SEM图像DE 冠军叠层器件的J-V曲线F 冠军叠层器件的EQE谱G 冠军叠层器件在MPP的稳态功率输出H 冠军nBASCN干预叠层器件的J-V曲线I 冠军nBASCN干预叠层器件的EQE谱得益于nBA⁺带来的疏水性与表面缺陷钝化采用nBASCN湿膜干预策略制备的器件展现出更强的环境鲁棒性在50%相对湿度下存放480小时未封装器件能保持初始效率的90%以上。
在85℃高温下老化500余小时仍能保持近90%的初始效率。
在氮气环境中长期存储近3000小时效率无显著衰减。
本研究不仅提供了一种高效、稳定的空气制备钙钛矿/硅叠层电池的具体方案更提出了一种通用的结晶工程思路“湿膜干预”。
它突破了“添加剂必须掺入前驱体”的传统思维为在复杂环境条件下如波动湿度调控钙钛矿及其他类似材料的结晶提供了新范式。
这项工作极大推动了钙钛矿/硅叠层太阳能电池从实验室走向产业化制造的进程为下一代低成本、高效率光伏技术的商业化铺平了道路。
钙钛矿复合式MPPT测试仪美能钙钛矿复合式MPPT测试仪采用AAA级LED太阳光模拟器作为老化光源以其先进的技术和多功能设计为钙钛矿太阳能电池的研究提供了强有力的支持。
3A光源光源寿命10000h真实还原各场景实际光照条件可选配恒温恒湿箱满足IS0S标准多型号电子负载可选多通道独立运行不同波段光谱输出可调
nm/
nm/
nm均独立可控美能钙钛矿复合式MPPT测试仪主要应用于成品钙钛矿单结叠层成品电池稳定性测试。
由于钙钛矿电池的输出特性易受光照、温度等环境因素影响其最大功率点会频繁波动。
MPPT控制器通过实时追踪并锁定最大功率点能确保系统始终以最优功率输出。
这不仅能最大化发电量还能提升整个光伏系统的工作稳定性和经济性。
原文参考Scalable ambient fabrication of perovskite/silicon tandem solar cells via wet-film intervention