认证效率30.51%！湿膜干预策略实现环境空气可规模化制备钙钛矿/硅叠层电池

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nBASCN

Millennial Solar

A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

Millennial Solar

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

Millennial Solar

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（1.044 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20.22 %。

小面积叠层器件（1.1664 cm²）：在环境空气中制备的器件获得了30.71 %的实验室测试效率，并获得了30.51 %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29.09 %的高效率，证明了其卓越的可扩展性。

增强的环境稳定性

Millennial Solar

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（D），E 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

Millennial Solar

美能钙钛矿复合式MPPT测试仪采用A+AA+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：350-400nm/400-750nm/750-1150nm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

*特别声明：「美能光伏」公众号所发布的原创及转载文章，仅用于学术分享和传递光伏行业相关信息。未经授权，不得抄袭、篡改、引用、转载等侵犯本公众号相关权益的行为。内容仅供参考，若有侵权，请及时联系我司进行删除。