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m-FPEAI钝化技术结合MPPT测试实现钙钛矿电池24.6%效率,连续1750小时稳定运行
日期:2025-08-19浏览量:510
近年来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)高效备受关注,但商业化仍需解决稳定性问题。传统PEAI钝化剂易渗透3D层导致性能下降,本研究创新设计三种氟化PEAI衍生(o/m/p-FPEAI),发现间位取代的m-FPEAI凭借立体位阻效应,最终实现24.63%效率,1750小时MPPT测试保持80%以上效率。美能钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT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。
m-FPEAI钝化技术原理

PEAI、o-FPEAI、m-FPEAI和p-FPEAI的分子结构
通过分子结构分析发现,PEAI 及三种氟代衍生物(o/m/p-FPEAI)的分子结构差异,关键在于氟原子位置对空间位阻的影响。其中,m-FPEAI因间位氟的强位阻效应,能有效抑制2D相向3D层的渗透,从而保持3D钙钛矿的结构完整性。
光致发光PL测试
(a)用于PL测试的样品结构;对照组、PEAI处理组及o/m/p-FPEAI处理组钙钛矿薄膜的:(b)PL强度、(c)水接触角测试、(d)样品在25°C、60% RH空气中存储120天后的外观;(e)存储前样品的XRD谱图;(f) 存储120天后样品的XRD谱图
通过光致发光PL测试发现:经 o-FPEAI、m-FPEAI 和 p-FPEAI 处理的钙钛矿薄膜,PL 强度均显著高于对照样品(CT)和 PEAI 处理样品,表明氟原子引入能有效减少非辐射复合(缺陷钝化效果提升)。其中,m-FPEAI 处理的薄膜 PL 强度比对照样品高 60%,是因它不易渗透、更多停留在缺陷密集的表面,钝化效果最优。
薄膜形貌与电荷动力学

(a-c) TA光谱等高线图、(d-f)不同衰减时间下的TA光谱、(g-i) 765 nm处漂白峰的衰减曲线
瞬态吸收(TA)光谱显示,对照组仅存在3D相(765 nm),而PEAI和氟化衍生物处理的样品均出现2D相(555 nm)和3D相双峰。其中,m-FPEAI的2D相峰最弱,表明其渗透抑制效果最佳。载流子寿命测试表明,m-FPEAI处理的薄膜载流子寿命最长,归因于其有效抑制了2D相形成并减少了缺陷。
钙钛矿薄膜的表面形貌表征:(a-e) AFM图像:(a) 对照组、(b) PEAI处理组、(c) o-FPEAI处理组、(d) m-FPEAI处理组、(e) p-FPEAI处理组; (f-j) 俯视SEM图像:(f) 对照组、(g) PEAI处理组、(h) o-FPEAI处理组、(i) m-FPEAI处理组、(j) p-FPEAI处理组
SEM和AFM图像显示,m-FPEAI处理的薄膜表面粗糙度最低,晶粒尺寸均匀,而p-FPEAI样品表面粗糙且存在PbI₂晶体堆积,表明其可能对薄膜有腐蚀作用。相比之下,m-FPEAI显著改善了薄膜形貌质量。
钙钛矿电池性能与稳定性
(a) 光伏参数分布;(b)J-V特性曲线(相同组分);(c)五组PSCs的最佳J-V特性曲线;(d-f) 对照组PSC、PEAI处理组PSC、m-FPEAI处理组PSC的SCLC曲线;(g) AM 1.5 G光照下的归一化PCE演变;(h) 持续AM 1.5 G光照下的最大功率点跟踪(MPPT)归一化功率输出。
基于ITO / SnO₂/ 钙钛矿/ spiro-OMeTAD / Au 结构的电池测试表明,m-FPEAI电池的平均效率达24.63%,开路电压(Voc)为1.18 V,短路电流密度(Jsc)为25.52 mA/cm²,填充因子(FF)为0.80。
在持续AM 1.5 G光照下,m-FPEAI电池在1080小时后仍保持90%的初始效率,最大功率点跟踪(MPPT)测试中,1750小时后效率保持率超过80%,远优于其他样品。
本研究对采用m-FPEAI、PEAI处理以及未处理(CT)的钙钛矿太阳能电池(PSCs)进行了最大功率点跟踪(MPPT)测试。结果显示,经m-FPEAI表面修饰的电池表现出显著改善的长期稳定性,在连续AM 1.5 G光照下进行约1750小时的测试后,仍能保持初始效率的80%。
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钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT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。
▶ 光源等级:A+AA+,光谱匹配度A+级,均匀性A级,长时间稳定性A+级
▶ 有效光斑大小: ≥250*250mm(可定制)
▶ 光强可调节: 0.2-1.5sun,以0.1sun为步进可依次调节
▶ 功率独立可控:300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm
美能钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT不仅是性能验证工具,更为了钙钛矿太阳能电池(PSCs)的研究提供了强有力的支持。
原文参考:Suppressing the penetration of 2D perovskites forenhanced stability of perovskite solar cells









































































