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钙钛矿/钙钛矿/硅三结电池效率26.18%,光稳定1500小时
日期:2026-08-03
多结叠层靠堆叠互补带隙的吸光层来突破单结极限,钙钛矿/钙钛矿/硅三结理论极限 49.4%,高于双结 45.1%。可三结目前最高认证才 27.1%,远不及钙钛矿/硅双结的 34.6%。病根在顶层的超宽带隙钙钛矿:溴超 50% 之后,高 Br/I 比催着卤素离子迁移、勾出相分离,光照受热时效率和稳定性一起垮。美能钙钛矿最大功率点追踪测试MPPT采用3A+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。
本文往1.93-eV 钙钛矿里掺 1,4-苯二胺二氢碘酸盐(PEDAI),靠它与 [PbX₆]⁴⁻ 的强氢键抬高离子迁移势垒、压住相分离;再在表面做 3-(甲硫基)丙胺氢碘酸盐(3MTPAI)后处理,钝化界面缺陷、把钙钛矿跟 C₆₀ 的能带对齐。两下合起来,三结认证效率 26.18%、开路电压 3.148 V,封装器件在 1 个太阳、空气里跑 1500 小时最大功率点跟踪还留 96% 初始性能。
实验方法
顶电池用 Cs₀.₂₅FA₀.₆MA₀.₁₅Pb(I₀.₄₃Br₀.₅₇)₃(1.93 eV),中间子电池用 Cs₀.₀₅FA₀.₈₅MA₀.₁PbI₃(1.52 eV),底电池是纹理异质结硅。单结按 glass/ITO/NiOₓ/SAM/钙钛矿/C₆₀/SnO₂/Ag 的 p-i-n 结构做;三结在此基础上叠两层并加 MgF₂ 减反射层。性能靠 J-V、EQE、MPPT、PL、XRD、XPS、UPS、ToF-SIMS、TEM、FTPS 和 EIS 一整套表征,三结测试特意用双灯模拟器贴合 AM 1.5G。
光稳定性与稳定机制
光照条件下对照膜与 PEDAI 超宽带隙钙钛矿薄膜的光学、形貌与结构演变
对照膜连照 720 秒,PL 主峰从 652 nm 红移到 688 nm,还冒出 725→761 nm 的附加峰,是卤素迁移带出的富 I 相分离畴;48 小时照完,(100) 峰强度掉一半、峰宽从 0.17° 撑到 0.39°,针孔满布。掺 PEDAI 的膜照 10 分钟以上光谱不动,48 小时后形貌、XRD 都基本没变。热老化对照 20 分钟就变色,PEDAI 撑过 60 分钟。温度依赖 XRD 算得离子迁移活化能:对照 0.62 eV,PEDAI 0.80 eV。XPS 里 Pb 4f 峰下移约 0.3 eV,ToF-SIMS 看 PEDA⁺ 贯穿整层、往埋底界面堆;TEM 量到晶面间距从 5.99 Å 涨到 6.12 Å,是 PEDA 坐进 A 位的迹象。PEDAI 跟晶格咬得紧,卤素空位形成能抬高,离子迁移和相分离一起被摁住。
光电特性
对照膜与 PEDAI 膜的光稳定性与载流子动力学
PEDAI 膜 PL 信号强且匀,寿命和准费米能级分裂(QFLS)都比对照高,缺陷钝了、非辐射复合少了。UPS 显示价带顶更贴空穴传输层;可导带一侧跟 C₆₀ 还差 0.28 eV。补一道 3MTPAI 后处理,导带底偏移缩到 0.09 eV,电子抽取顺了,界面缺陷也跟着少。
单结光伏性能
1.93-eV 单结器件的光伏性能表征
BIE(体相+界面协同调控)器件平均填充因子从74.01 %升到81.33 %,开路电压比对照高约 50 mV,冠军效率16.09 %(Voc 1.395 V,Jsc 14.08 mA cm⁻²,FF 81.91%)。二极管品质因数 n 降到 1.507,乌尔巴赫能量从 28.59 meV 降到 21.45 meV,串联电阻更低、复合电阻更高,都指向更少复合、更顺输运。300秒最大功率点跟踪里BIE纹丝不动,对照早垮了。
三结电池
单片钙钛矿/钙钛矿/硅三结太阳能电池的光伏性能
把 1.93-eV 顶电池叠到 1.52-eV 钙钛矿/硅半电池上,做成单片三结。冠军器件认证效率26.18 %(反向扫描)、Voc 3.148 V;EQE 算得顶/中/底子电池电流密度 12.26、11.07、14.50 mA cm⁻²,瓶颈卡在中间子电池;连续 800 秒 MPPT 稳定输出 25.85%。封装 BIE 三结在空气、AM 1.5G下跑1500小时剩96 %初始效率(25.2 %),对照110小时就跌到82 %。这是报道过的钙钛矿/钙钛矿/硅三结里最稳的,也是全类别三结的顶尖水平。
本工作将PEDAI引入1.93 eV超宽带隙钙钛矿,通过强相互作用抑制相偏析;3MTPAI界面处理降低缺陷密度并优化能级排列。三结电池获得26.18%认证效率和3.148 V开路电压,1500小时MPPT追踪保持96%初始效率。该策略为稳定超宽带隙钙钛矿和实现高效多结光伏提供了有效路径。
联系电话:400 008 6690
钙钛矿最大功率点追踪测试MPPT采用3A+级LED太阳光模拟器作为老化光源,并在上一代基础上完成全面进阶:光谱范围拓展至300~1700 nm(AM0)、光谱等级达到AAA(AM0)、支持 24 通道独立可调,为钙钛矿太阳能电池、太空光伏及叠层电池(2T/3T/4T)的研究提供了强有力的支持。
▶ 光源等级:AAA(AM0),光谱范围 300~1700 nm,适用于太空光伏测试
▶ 多波段独立可控:24 通道可调(AM0),精准匹配三结、四结叠层电池子电池带隙
▶ 大样品夹具:支持 210×105 mm 叠层电池,夹具采用正背面金线挤压引出电极
▶ 环境可控:支持 15℃~100℃ 半导体控温,同时可在氮气环境(无水无氧)下测试
美能钙钛矿最大功率点追踪测试MPPT不仅是性能验证工具,更是钙钛矿与叠层太阳能电池研究的高效测试平台。
原文参考:Stabilizing 1.93-eV ultrawide-bandgap perovskites for effcient triple-junction solar cells
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