柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

（F-PSCs）為輕質(zhì)、低成本、可貼合的能源解決方案，但其功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）低于剛性電池，尤其在大面積組件中，因柔性基板上難制備均勻、高質(zhì)量的鈣鈦礦膜而受限?，F(xiàn)有研究多通過(guò)界面與結(jié)晶工程改進(jìn)大面積膜質(zhì)量，全鈣鈦礦串聯(lián)（寬帶隙與窄帶隙鈣鈦礦結(jié)合）可減少熱損失、突破單結(jié)效率極限，但柔性串聯(lián)（尤其大面積組件）研究有限，且寬帶隙鈣鈦礦高溴、銫含量及氣體淬火易致其結(jié)晶不良、引入缺陷。美能溫濕度綜合環(huán)境試驗(yàn)箱專為驗(yàn)證評(píng)估組件或材料的可靠性，能達(dá)到快速升溫降溫，提升測(cè)試效率，滿足IEC61215、ISOS等標(biāo)準(zhǔn)。

本研究提出連續(xù)氣體淬火下原位添加劑涂層處理濕鈣鈦礦膜的規(guī)?；呗?/strong>，制得高質(zhì)量大面積膜，小面積柔性全鈣鈦礦串聯(lián)電池PCE達(dá)27.5%，大面積組件經(jīng)認(rèn)證PCE為23.0 %，組件穩(wěn)定性優(yōu)異，縮小了柔性與剛性鈣鈦礦串聯(lián)的效率差距。

柔性鈣鈦礦的核心價(jià)值

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柔性太陽(yáng)能板可在塑料、金屬箔等輕質(zhì)基板上沉積，最終厚度僅數(shù)微米，能將屋頂、曲面、甚至衣物等表面轉(zhuǎn)化為能源來(lái)源。此外，其極低的質(zhì)量使其在 “比功率”（單位質(zhì)量輸出功率）上優(yōu)勢(shì)明顯，尤其適合航天器等對(duì) “體積 - 重量比” 要求嚴(yán)苛的場(chǎng)景。

添加劑輔助原位刮涂策略

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a. 柔性基板上WBG的SEM圖像 b. 鈣鈦礦膜顏色變化的照片 c. 添加劑輔助原位刮涂策略的示意圖 d. XRD圖譜 e.PL光譜

本研究提出在氣體淬火后的“涂覆窗口期”（CW）內(nèi)，原位涂覆甲基氯化銨（MACl）和苯乙基碘化銨（PEAI）的異丙醇溶液，以去除殘留二甲基亞砜（DMSO）并引入添加劑改善晶體生長(zhǎng)和缺陷鈍化。X射線衍射（XRD）和穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光（PL）測(cè)試表明：MP-CW（MACl / PEAI涂覆窗口處理）薄膜具有更窄且更強(qiáng)的衍射峰和更高的PL強(qiáng)度，說(shuō)明其結(jié)晶質(zhì)量提高且非輻射復(fù)合減少。

原位刮涂策略的機(jī)制

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a. 溶解度的變化b. ToF-SIMS圖譜 c. 擴(kuò)散和去除的照片 d. 4f 芯能級(jí)的表面敏感的XPS e. 埋底界面氯（Cl）2p 芯能級(jí)的 XPS

WBG鈣鈦礦薄膜在PET基底上易形成埋底界面空洞，主要原因是高沸點(diǎn)DMSO溶劑被困在膜底部，后續(xù)高溫退火導(dǎo)致體積塌陷形成空洞。MP-CW策略通過(guò)MACl促進(jìn)的Cl-DMSO配位通道，使PEA?離子能夠擴(kuò)散至埋底界面進(jìn)行鈍化，同時(shí)調(diào)控結(jié)晶動(dòng)力學(xué)并去除殘留DMSO。飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜（ToF-SIMS）顯示，MP-CW薄膜中PEA?信號(hào)在整個(gè)膜層（包括埋底界面）均勻分布，而單一添加劑或后處理樣品則僅限于表面。

溶解度實(shí)驗(yàn)表明，MACl的加入提高了PbX?在DMSO中的溶解度，使PEAI能夠深入滲透至埋底界面。X射線光電子能譜（XPS）進(jìn)一步證實(shí)MP-CW樣品中Pb 4f峰向低結(jié)合能移動(dòng)，說(shuō)明PEA?與欠配位Pb2?發(fā)生靜電相互作用，實(shí)現(xiàn)深層鈍化。

大面積薄膜的質(zhì)量與均勻性

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a.控制組和 MP-CW 組鈣鈦礦膜PL光譜 b. HTL/ 鈣鈦礦堆疊體的TRPL光譜c. 樣品的二維 PL 成像光譜d. 樣品中 PL 峰（強(qiáng)度）分布的統(tǒng)計(jì)直方圖e. 6×6 cm2 柔性基板上樣品的QFLS直方圖

通過(guò)穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨光致發(fā)光（TRPL）測(cè)試評(píng)估薄膜質(zhì)量。MP-CW薄膜在正面和背面激發(fā)下均表現(xiàn)出高且均勻的PL強(qiáng)度，說(shuō)明其非輻射復(fù)合被有效抑制。TRPL顯示MP-CW的電荷提取壽命（τ?）從63.9 ns降至14.7 ns，體復(fù)合壽命（τ?）從376.3 ns增至1353.3 ns，表明界面電荷傳輸增強(qiáng)且體缺陷減少。

二維PL mapping顯示MP-CW薄膜的熒光強(qiáng)度波動(dòng)較控制組降低四倍（409±154 vs. 673±30 counts），證明其具有優(yōu)異的大面積均勻性。QFLS分布也更集中，進(jìn)一步驗(yàn)證了其均勻性。

柔性電池的性能

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柔性鈣鈦礦電池的性能與光電特性表征

采用結(jié)構(gòu)為PET / ITO / NiOx-SAM / WBG鈣鈦礦/ C60 / ALD-SnO2 / Cu的倒置單結(jié)電池，優(yōu)化后的MP-CW電池冠軍PCE為18.48%（VOC=1.356 V，JSC=16.27 mA cm?2，F(xiàn)F=83.74%），優(yōu)于控制組（16.71%），且30個(gè)電池平均PCE接近18.2%，表現(xiàn)出良好的批次一致性。8個(gè)子電池在6×6 cm2基底上呈現(xiàn)近乎一致的PCE分布，驗(yàn)證了策略的可擴(kuò)展性。

電致發(fā)光（EL）測(cè)試表明MP-CW電池具有更高的外量子電致發(fā)光效率（EQEEL），計(jì)算得出ΔVOC=0.04 V，與J-V結(jié)果一致。光強(qiáng)依賴VOC測(cè)試顯示理想因子從1.81降至1.35，表明復(fù)合損失減少。光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）測(cè)試表明MP-CW薄膜電壓損失（Eloss）從127 meV降至107 meV，界面鈍化效果顯著。

柔性全鈣鈦礦疊層組件

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全鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能組件的光伏性能與穩(wěn)定性

基于優(yōu)化WBG子電池，構(gòu)建了柔性全鈣鈦礦疊層結(jié)構(gòu)：PET / ITO / HTL / WBG /復(fù)合結(jié)（RBJ）/ NBG鈣鈦礦 / C60 / ALD-SnO2 / Cu。冠軍疊層電池PCE達(dá)27.5%（VOC=2.13 V，JSC=16.0 mA cm?2，F(xiàn)F=80.4%），48個(gè)電池平均PCE為26.5±0.5%。

模塊采用8個(gè)子電池串聯(lián)結(jié)構(gòu)，GFF為95.8 %，認(rèn)證孔徑面積20.26 cm2的組件PCE為23.0 %（穩(wěn)態(tài)效率22.1 %），活性面積效率超過(guò)24 %。35個(gè)模塊平均PCE為22.2 ± 0.5%，顯示出良好的重復(fù)性?？s放效率損失從20%降至12%，并通過(guò)中試級(jí)狹縫涂布在30×40 cm2 PET基底上實(shí)現(xiàn)804 cm2均勻結(jié)晶。

機(jī)械彎曲測(cè)試表明，MP-CW模塊在10 mm半徑（1%應(yīng)變）下10,000次循環(huán)后保持97.2%初始PCE，優(yōu)于控制組（79.9%）。光穩(wěn)定性測(cè)試（ISOS-L-1）中，PET封裝MP-CW模塊T80為318小時(shí)，玻璃封裝則達(dá)715小時(shí)，媲美剛性疊層組件。熱循環(huán)測(cè)試（ISOS-T-3）中，MP-CW模塊在200次循環(huán)后仍保持80%初始PCE，遠(yuǎn)優(yōu)于控制組（50%）。

本研究通過(guò) “原位添加劑涂層 + 連續(xù)氣體淬火” 的創(chuàng)新策略，成功解決了柔性基板上高質(zhì)量鈣鈦礦膜的規(guī)?；苽潆y題：既實(shí)現(xiàn)了 27.5%（小電池）、23.0%（認(rèn)證組件）的高效 PCE，又通過(guò)優(yōu)異的機(jī)械穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性和極端環(huán)境耐受性，特別是在10 mm彎曲半徑下10,000次循環(huán)后仍保持初始性能，驗(yàn)證了柔性光伏的實(shí)際應(yīng)用潛力。該技術(shù)不僅縮小了柔性與剛性鈣鈦礦串聯(lián)電池的效率差距，更提供了一套 “低成本、可規(guī)?；?/strong>” 的制備方案，為下一代輕質(zhì)太陽(yáng)能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化奠定了基礎(chǔ)。

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)箱可精準(zhǔn)模擬- 40℃85℃熱循環(huán)（ISOS-T-3標(biāo)準(zhǔn)）及穩(wěn)定控制試驗(yàn)環(huán)境溫濕度，為柔性全鈣鈦礦串聯(lián)組件提供精準(zhǔn)極端環(huán)境模擬，實(shí)現(xiàn)了高效組件在1000 小時(shí)濕熱測(cè)試及 10000 次彎曲循環(huán)后的穩(wěn)定性驗(yàn)證，為該組件基于原位涂層策略邁向規(guī)?；?、高性能柔性光伏應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

原文參考：In situ coating strategy for flexible all-perovskite tandem modules

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