大面积高效稳定宽禁带钙钛矿组件：溶液浸泡淬火技术

宽禁带混合卤素钙钛矿光伏组件在便携充电、建筑一体化、农业光伏及叠层电池中具有重要应用前景。然而，大面积制备会加剧结晶不均匀、表面缺陷和卤素相偏析等问题。传统的旋涂钝化方法难以在大尺度上实现均匀的界面控制。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。

为此，研究团队借鉴工业冶金淬火技术，开发了一种溶液浸泡淬火策略，成功实现了大面积宽禁带钙钛矿薄膜的表面均匀化与性能提升。

技术方法：溶液浸泡淬火

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将刮涂制备的宽禁带钙钛矿薄膜（约30 cm²）在热退火后立即浸入冷的SrI₂/异丙醇溶液中，利用冷热冲击实现快速表面重构和均匀钝化。

该方法通过梯度Sr²⁺掺入，改善了薄膜结晶质量，降低了表面粗糙度，稳定了卤素离子，缓解了张应力，优化了能级排列，并有效抑制了光致相分离。

表面均匀性显著提升

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SSQ后处理及大面积WBG钙钛矿薄膜的化学均匀性

传统刮涂薄膜存在晶粒间空隙大、尺寸分布不均的问题，原子力显微镜测得表面粗糙度为13.2 nm。而SSQ处理后，薄膜呈现致密的晶粒互锁结构，粗糙度降低53%，平均晶粒尺寸从224.1 nm增至242.3 nm。X射线衍射显示，大面积SSQ薄膜在不同区域具有高度一致的特征峰，表明其优异的相纯度和均匀性。

相比之下，旋涂后处理在大面积薄膜边缘出现明显的咖啡环效应，导致光致发光强度从中心到边缘下降约40%。SSQ处理因将整个薄膜浸入淬火液中，消除了对流引起的不均匀沉积，确保了钝化剂在整个表面的均匀供给。对不同尺寸薄膜的空间分辨PL mapping测试显示，SSQ处理薄膜在所有区域均保持优异的PL均匀性，变异系数从旋涂处理的17.16%降至0.67%。

卤素均匀化与稳定性提升

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SSQ辅助的结晶调控用于卤素稳定及热稳定性增强

在刮涂过程中，溶剂蒸发诱导表面优先结晶，形成自上而下的结晶模式。由于不同卤素组分的反应性和挥发性差异，混合卤素钙钛矿易产生卤素偏析和空位。在光照或热应力下，这种偏析加剧，形成富I和富Br区域，成为复合中心，导致开路电压损失和稳定性下降。

SSQ处理通过Sr²⁺的梯度掺杂实现了卤素均匀化。ToF-SIMS深度分析表明，SSQ使Sr²⁺更均匀地分布在薄膜体相和界面处。XPS分析显示，对照薄膜表面I/Pb比仅为2.07（理论值2.4），而SSQ处理后提高至2.26，表明有效补偿了碘损失并填充了碘空位。

温度依赖PL测试表明，对照薄膜在140–160 K之间PL强度下降50%，而SSQ薄膜在300 K仍保持较高强度。SSQ薄膜在320 K时的半峰宽为32 nm，远小于对照的41 nm，表明其晶体结构更加稳定。在光致卤素偏析测试中，对照薄膜PL峰在连续光照20分钟内发生明显红移，半峰宽扩大至47.03 nm，而SSQ薄膜几乎无峰位移动和半峰宽变化。

应力释放与结构优化

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SSQ辅助的表面重构及晶格应变调控

截面SEM显示，对照薄膜存在明显晶间空隙，而SSQ薄膜呈现紧密堆积结构。GIWAXS深度分辨测试表明，对照薄膜表面衍射信号弱且随深度增加迅速衰减，而SSQ薄膜在不同入射角下均表现出最强的衍射信号，表明其从表面到埋底界面的结晶质量均得到提升。

残余应力测试结果显示，对照薄膜的张应力为51.76 MPa，旋涂处理后降至44.68 MPa，而SSQ处理后进一步降至36.83 MPa。这种应力释放归因于Sr²⁺取代Pb²⁺引起的晶格收缩以及淬火过程中发生的局部溶解-再结晶，促进了晶粒融合和界面平滑。

能级调控与载流子动力学优化

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SSQ辅助的能级对齐及载流子动力学优化

UPS测试表明，SSQ处理使费米能级从对照的–4.37 eV上移至–4.26 eV，更接近导带，表现出n型掺杂特征，同时使导带轻微下移，降低了钙钛矿/电子传输层界面的能垒，有利于电子提取。飞秒瞬态吸收光谱显示，SSQ处理样品的地面态漂白信号衰减显著加快，平均衰减寿命从对照的779.2 ps降至303.3 ps，表明载流子提取效率更高。

器件性能与稳定性

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不同WBG PSC的光伏性能与稳定性

制备的反式结构器件中，对照器件效率为16.91%，而SSQ处理冠军器件效率达21.39 %，迟滞可忽略，稳态输出效率为21.05%。EQE积分电流密度与J-V结果吻合良好。SSQ处理降低了Urbach能量，表明晶格无序度降低。

电子-only器件的SCLC测试表明，SSQ处理使陷阱密度降低38%，电子迁移率提升5倍以上。20个器件的统计分布显示，SSQ处理器件约90%效率落在19.5%–21.0%之间，分布窄且重现性好。

该策略适用于不同带隙的宽禁带钙钛矿：1.65 eV器件效率22.03%，1.78 eV器件效率18.66%，同时也适用于窄带隙器件（效率21.16%）。运行稳定性测试表明，对照器件在550小时后效率保持低于70%，而SSQ处理器件在1000小时后仍保持95%以上初始效率，T80寿命外推为25205小时。

组件放大与实际应用

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大面积WBG PSM及多场景应用

制备的宽禁带组件（5.2 cm × 6.0 cm）采用四子电池串联结构，几何填充因子约95%。SSQ处理组件反向扫描效率19.79%，活性面积效率达20.32%，串联电阻从对照的17.45 Ω降至6.52 Ω。认证效率为18.42%。16个组件统计显示，SSQ组件中69%以上效率超过18.5%，而对照仅31%效率超过13.5%。热稳定性测试表明，SSQ组件在550小时后保持87%初始效率，对照仅43%。

在实际应用演示中，半透明宽禁带器件效率17.22%，与窄带隙子电池组成的四端叠层窗户在遮光模式下效率达27.12%。宽禁带组件可驱动微型风扇、为智能手机充电，并应用于农业光伏半透明组件（双面等效效率18.41%），驱动小型农业机械。

本文提出的溶液浸泡淬火策略通过快速冷热冲击、Sr²⁺梯度掺杂和卤素稳定化的协同作用，解决了大面积宽禁带钙钛矿薄膜的结晶不均匀和钝化不均匀问题。该方法显著提升了薄膜的组分均匀性、晶格韧性和结构完整性，降低了缺陷密度。大面积组件效率达到20.32%，且在不同带隙和器件结构中均表现出良好的通用性，为钙钛矿光伏的规模化制造和实际应用提供了可行路径。

钙钛矿复合式MPPT测试仪

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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。