鈣鈦礦 / 硅疊層電池是光伏領(lǐng)域的重要方向，但現(xiàn)有高性能疊層電池多以 “溶液法” 制備鈣鈦礦，需定制硅底電池（如拋光、適配金字塔尺寸），與工業(yè)主流 > 1μm 隨機金字塔紋理硅不兼容；全紋理鈣鈦礦/硅疊層電池雖低成本且光管理優(yōu)，卻受困于鈣鈦礦 / C??界面鈍化難題。本研究用兼容工業(yè)紋理硅的混合兩步鈣鈦礦沉積法，引入PDAI 處理鈣鈦礦表面，解決全紋理電池關(guān)鍵瓶頸（金字塔高度>1μm）-制備出認(rèn)證效率 33.1 %（VOC=2.01V）、戶外穩(wěn)定性優(yōu)異的高性能全紋理鈣鈦礦 / 硅疊層太陽能電池。

美能大平臺鈣鈦礦疊層電池PL測試儀，結(jié)合光強依賴性 PL 冪律關(guān)系實現(xiàn)鈣鈦礦膜質(zhì)量快速精準(zhǔn)評估；PDAI處理既通過場效應(yīng)鈍化減少界面復(fù)合損耗，又提升全鈣鈦礦吸收層電子濃度以降低載流子傳輸損失。

核心機制：從界面到體相的電子積累

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基于模擬的策略以克服鈣鈦礦載流子傳輸層界面的非輻射復(fù)合與傳輸損失

基于實驗驗證的鈣鈦礦 / 硅疊層電池模型，通過光電電池模擬明確了鈣鈦礦 / C??界面的優(yōu)化方向，界面性能主要由兩個參數(shù)決定（化學(xué)鈍化質(zhì)量、能帶排列特性）。通過引入具有高偶極矩的PDAI分子對鈣鈦礦表面進行處理，我們成功實施了功函數(shù)工程：

減少界面復(fù)合：PDAI與鈣鈦礦表面（本研究采用混合兩步法，形成富有機物的表面終止）相互作用，形成正偶極（負(fù)極朝向C??，正極朝向鈣鈦礦）。這有效降低了ΔEC，ETL（從180 meV降至70 meV），使電子在界面處大量積累，顯著抑制了界面復(fù)合，從而提升了VOC。

提升體相電導(dǎo)率：由于鈣鈦礦材料本征的特性，這種界面處的電子積累效應(yīng)延伸至整個鈣鈦礦吸收層，使得體內(nèi)的電子濃度提升了近40倍。根據(jù)公式 σ = q * n * μ，電導(dǎo)率（σ）隨之大幅提高，從而顯著降低了串聯(lián)電阻和傳輸損失，成為FF提升的主要驅(qū)動力。

數(shù)據(jù)分析表明在1-sun 光照下 OC 和最大功率點（MPP）條件下，目標(biāo)電池的高 n/p 比仍能維持；鈣鈦礦 iVOC 從 1.12 V 升至 1.20 V（S?,ETL 均為 7×10? cm/s），疊層電池外電路 VOC 從 1.84 V 升至 1.92 V；全鈣鈦礦體相平均電子濃度從 1×101? cm?3（參考）升至 4×101? cm?3（目標(biāo)），顯著提升電子向 ETL 的傳輸效率。

PDAI 與鈣鈦礦表面的相互作用

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能量學(xué)與表面化學(xué)特性

通過濕化學(xué)旋涂法（可擴展為浸涂）在鈣鈦礦 / C??界面引入 PDAI；XPS證實了PDAI分子的存在、UPS表明PDAI 誘導(dǎo)形成了表面偶極子及DFT計算證實PDAI 與富有機表面作用形成正偶極子。這一差異表明，鈣鈦礦表面終止特性與分子 - 表面相互作用，是決定偶極子取向的關(guān)鍵因素，對鈍化分子的作用效果至關(guān)重要。

表面鈍化效果與導(dǎo)電性提升

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鈍化效果與導(dǎo)電性影響

為驗證 PDAI 對鈣鈦礦的表面鈍化效果及導(dǎo)電性提升作用，研究通過多類精準(zhǔn)表征手段得出核心結(jié)論：

高光譜光致發(fā)光（PL）成像：顯示無 C??時參考鈣鈦礦內(nèi)建開路電壓平均 1.23 V、標(biāo)準(zhǔn)差 38 mV，PDAI 處理后 iVOC 升至 1.25 V（提升 20 mV）、標(biāo)準(zhǔn)差降至 26 mV，體現(xiàn)輕微化學(xué)鈍化作用，且沉積 C??后 PDAI 鈍化堆疊 iV_OC 仍維持 1.23 V（參考樣降至 1.15 V），AM-KPFM）進一步證實接觸電位分布更均勻。

TRPL/TA光譜：顯示PDAI處理有效抑制了界面復(fù)合和淺陷阱態(tài)，延長了載流子壽命。

Suns-VOC & Suns-PL成像：關(guān)鍵性地證明了FF的提升主要源于傳輸損失的降低（ pFF - FF差值從6%降至3% ），而非選擇性或復(fù)合的改善（iFF和iVOC-VOC差值變化很?。?。

THz/SCLC測量：排除了遷移率（μ）變化的主導(dǎo)作用，確認(rèn)電子濃度（n）的增加是電導(dǎo)率提升的根本原因。

電池性能與穩(wěn)定性

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鈣鈦礦 / 硅疊層太陽能電池的性能與穩(wěn)定性

將PDAI策略應(yīng)用于全織構(gòu)疊層電池后：

效率：最佳效率從29.1%提升至32.3%，最終通過調(diào)整鈣鈦礦帶隙優(yōu)化電流匹配，效率達到33.1%（VOC=2.01 V）。

重現(xiàn)性：該策略在多個國際實驗室（KAUST, Fraunhofer ISE）均展現(xiàn)出優(yōu)異的重復(fù)性。

穩(wěn)定性：在紅海沿岸的戶外測試中，PDAI電池顯示了極其穩(wěn)定的電流輸出，而參比電池的電流則持續(xù)衰減。BACE測量表明，PDAI處理將可移動離子濃度降低了約三分之二，有效抑制了離子遷移，這是穩(wěn)定性增強的關(guān)鍵原因。濕熱穩(wěn)定性測試（85°C/85% RH, 1000h）同樣證實了其增強的穩(wěn)定性。

本研究闡明了一種先前被忽視的機制：界面處的場效應(yīng)鈍化能夠深度調(diào)制鈣鈦礦體相的電子傳輸特性。PDAI處理通過同時減少界面復(fù)合和體相傳輸損失，一舉攻克了全織構(gòu)疊層電池在VOC和FF方面的核心難題，使其性能與更復(fù)雜的平面結(jié)構(gòu)相當(dāng)。更重要的是，該方法與工業(yè)化織構(gòu)硅片完全兼容，為鈣鈦礦/硅疊層電池的商業(yè)化量產(chǎn)鋪平了道路。未來的工作可進一步聚焦于優(yōu)化混合法制備的鈣鈦礦體相質(zhì)量，以期實現(xiàn)更高的性能突破。

美能大平臺鈣鈦礦疊層電池PL測試儀

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美能大平臺鈣鈦礦疊層電池PL測試儀通過非接觸、高精度、實時反饋等特性，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，并且結(jié)合AI深度學(xué)習(xí)，實現(xiàn)全自動缺陷識別與工藝反饋。

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缺陷識別分類訓(xùn)練：實現(xiàn)全自動缺陷識別與工藝反饋

通過美能大平臺鈣鈦礦疊層電池

PL 測試儀對 PDAI 處理前后鈣鈦礦薄膜的光致發(fā)光（PL）特性及載流子動力學(xué)相關(guān) PL 衰減行為進行監(jiān)控，系統(tǒng)研究了 PDAI 對全紋理鈣鈦礦 / 硅疊層電池的表面鈍化效果與導(dǎo)電性提升機制，為高性能全紋理鈣鈦礦 / 硅疊層電池的界面優(yōu)化與薄膜質(zhì)量評估提供技術(shù)支撐。

原文參考：Electron accumulation across the perovskite layer enhances tandem solar cells with textured silicon

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