反式钙钛矿太阳电池工作稳定性好、可低温制备、与叠层结构兼容，上表面钝化已把非辐射复合压下去，效率超过 26% 的报道相当常见。剩下的短板落在钙钛矿与空穴传输层之间的埋底界面：那里藏着大量隐性缺陷和纳米级空洞，器件面积越大越严重。空洞的来源在溶液法成膜过程本身。快速过饱和让成核先发生在膜的上表面，晶体向下生长，等结晶前沿逼近衬底时局部溶液已经枯竭；前沿遇到疏前驱体、低表面能、组分不均的自组装单分子层衬底，润湿不充分，留下的溶液空腔在凝固阶段填不满，直接变成埋底空洞。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。

研究给出的方案是在衬底上预嵌入结晶促进剂分子：一端用羧酸锚定在氧化物表面，另一端更换不同末端基团做筛选，带异硫脲鎓头基的 CSHA（7-(甲脒硫基)庚酸）效果最好。它把前驱体溶液中的胶体团簇从约 500 nm 撑到约 2200 nm，把埋底界面的结晶速率常数提高约 8 倍，让钙钛矿在向下结晶完成之前就在界面形成。薄膜最终闭合在均一、亲前驱体的钙钛矿表面，而不是组分不均的空穴传输层表面，溶液空腔与空洞因此被抑制。

实验方法

器件结构为 FTO/NiOx/混合自组装单分子层/钙钛矿/C60/SnO2/Au。空穴传输层由 2PACz、Me-4PACz 与 CSHA 按质量比 3:2:4 组成，三者的乙醇溶液按体积比 1:2 混合后旋涂，120 ℃ 退火，再用乙醇冲洗去掉弱结合分子。钙钛矿前驱体为 1.67 M FA0.95Cs0.05PbI3，溶于 DMF/DMSO（4:1 v/v），添加 18 mol% MACl 与 8 mol% PbI2；旋涂分段进行，末段滴加苯甲醚反溶剂，120 ℃ 退火 10 min。钝化用哌嗪氢碘酸盐与 3MTPAI 的异丙醇溶液，随后依次在高真空下蒸镀 30 nm C60、用原子层沉积生长 20 nm SnO2、蒸镀 100 nm Au。

表征覆盖四个层面。分子与前驱体的相互作用用动态光散射、207Pb NMR 与 X 射线光电子能谱测定；黏附功与结合能分别用经典分子动力学模拟和密度泛函理论计算；结晶动力学用同步辐射原位掠入射广角 X 射线散射跟踪，衍射曲线按 JMAK 模型拟合，取 Avrami 指数 n 与速率常数 k；膜内竖直方向的结晶顺序用 300 nm 激发（穿透深度约 20 nm）的高光谱光致发光从正面与背面监测。器件层面，0.05 cm² 与 1.03 cm² 器件送 Newport 做准稳态认证；稳定性按 ISOS-L-3 协议跟踪最大功率点。

分子官能化调控与前驱体的相互作用

（a）HHA、SHA、AHA 与 CSHA 的分子结构。（b）未加添加剂、以及分别加入乙醇、乙硫醇、丁基溴化铵或 S-乙基异硫脲鎓溴化物后，钙钛矿前驱体溶液的DLS分析。（c）经HHA、SHA、AHA 与 CSHA 处理的钙钛矿薄膜的XPS Pb 4f 结合能位移。（d）在 HHA、SHA、AHA 与 CSHA 类基底上沉积的钙钛矿薄膜，经GIWAXS提取的结晶动力学参数

分子设计是两端分工：羧酸锚定基团固定在氧化物表面，避免被后续溶剂冲洗带走；末端基团决定与前驱体作用的强弱。候选分子四个，末端基团分别是 −OH（HHA）、−SH（SHA）、−NH3+（AHA）与 −S−C(NH2)2+（CSHA）。动态光散射显示四种添加剂都让前驱体溶液中的胶体团簇变大：−OH 对应约 800 nm，−SH 与 −NH3+ 约 1000 nm，−S−C(NH2)2+ 达到约 2200 nm，原始溶液约 500 nm，增幅来自硫配位与异硫脲鎓头基离域正电荷的叠加。207Pb NMR 上，−NH3+ 与 −S−C(NH2)2+ 使 Pb 共振向低场位移约 84 ppm，−OH 和 −SH 不到 5 ppm；X 射线光电子能谱中 Pb 4f 芯能级的位移遵循同一分化。

计算给出同一趋势。HHA、SHA、AHA、CSHA 与前驱体的黏附功依次为 0.21、0.23、0.24、0.28 J/m²，黏附功高的分子接触角更小；分子与钙钛矿的结合能上，AHA（−5.33 eV）与 CSHA（−5.34 eV）远强于 HHA（−1.95 eV）与 SHA（−1.34 eV）。

结晶动力学由 JMAK 拟合给出。四组样品的 n 都落在 2.5–2.8，成核模式受分子修饰影响有限；k 的差别则很明确：HHA 与未修饰衬底相当，SHA 提高约 1.7 倍，AHA 与 CSHA 分别提高约 5 倍与 8 倍。AHA 落后于 CSHA 有两个原因：对前驱体的缔合作用较弱；嵌入衬底后稳定性有限，约一半 AHA 在沉积时发生 −NH3+ → −NH2 去质子化，有效阳离子模板位点减少。异硫脲鎓基元的离域正电荷能稳定其质子化状态。

界面模板加速埋底界面结晶

（a）旋涂后即刻，对照组与 CSHA 类基底上钙钛矿薄膜的时间分辨高光谱光致发光。（b）Me-4PACz 与 CSHA 类基底上钙钛矿早期组装的分子动力学模拟。（c）对照组与 CSHA 类基底上钙钛矿薄膜结晶路径的示意图

高光谱光致发光给出了结晶前沿在竖直方向的推进过程。顶界面上，两组薄膜旋涂后立即出现发射，强度上升饱和后约 20 s 衰减，对应发射性纳米晶向合并晶粒转变、非辐射损耗增加。埋底界面的差别是决定性的：对照组在约 8 s 之前没有发射，属于典型的向下结晶；CSHA 薄膜的界面发射提前到约 4 s，生长速率提高 12 倍，成核起始更早、局部结晶加速，而整体自上而下的顺序没有被破坏。空间图案化衬底提供了直接证据，结晶优先在含 CSHA 的区域起始，再向无 CSHA 区域扩展。

分子层面由经典分子动力学模拟解释。Me-4PACz 衬底上，PbI2 片段与 FA+ 离子呈无序分布，500 ns 后仍未形成相干晶格；CSHA 上，阴阳离子在约 20 ns 内就建立起最初几个钙钛矿晶面。异硫脲鎓头基带多个氢键给体，静电场在空间上均匀，碘铅酸盐团簇与有机阳离子之间的定向结合因此得以推进；X 射线衍射也显示 CSHA-PbI2 配合物有清晰的结晶特征。

机理链条由此闭合：对照组中，结晶前沿撞上疏前驱体衬底，溶剂空腔生成，薄膜闭合受阻，留下空洞与界面缺陷；CSHA 让埋底界面先行结晶，最终闭合转移到亲前驱体的钙钛矿表面，空腔与空洞被抑制。

埋底界面完整性与电子学均匀性

（a）在对照组与 CSHA 类基底上制备并剥离后，钙钛矿薄膜埋底表面的SEM图像（b）对照组与 CSHA 类基底上钙钛矿薄膜的截面 SEM 图像。（c）对照组与 CSHA 类基底上钙钛矿薄膜在 50 nm（顶界面）与 500 nm（埋底界面）穿透深度处的XRD残余应变斜率。（d）以 640 与 470 nm 波长从底面激发对照组与 CSHA 类基底上的钙钛矿薄膜，经拉伸指数拟合提取的TRPL寿命。（e）对照组与 CSHA 类基底上钙钛矿薄膜埋底界面的高光谱 PL 映射。（f）从钙钛矿薄膜背面测得的变异系数与平均 PL 强度提取结果

把钙钛矿膜从衬底剥离后做扫描电子显微镜观察，对照组的埋底面有不规则带状区域、覆盖不完整并可见开裂，截面图像显示衬底一侧存在显著界面空洞。HHA、SHA、AHA 的界面形貌只有轻微改善，空洞依然明显，说明改善润湿不足以压住埋底缺陷。CSHA 衬底上的薄膜埋底界面连续光滑，与衬底接触完整。开尔文探针力显微镜显示 CSHA 在界面分布均匀，没有明显的空间异质性。

X 射线衍射的深度分辨残余应变分析显示，对照组表面应变可忽略，埋底界面出现明显的压应变累积，应变斜率 +0.54；CSHA 把界面应变量级降到接近零（−0.093）。驱动电平电容剖析显示对照组缺陷集中在埋底界面、峰值密度约 3×10¹⁷ cm⁻³，CSHA 器件降到约 4×10¹⁶ cm⁻³。背面光致发光量子产率相对对照组提升 50%。时间分辨光致发光中，对照组埋底界面寿命 1.3 μs，短于体相的 1.9 μs；CSHA 薄膜界面寿命延长到 2.2 μs，与体相 2.6 μs 的差距缩小。背面高光谱光致发光映射显示，CSHA 薄膜发射强度最高可达对照组的 8 倍，扫描区内空间偏差约 3%，对照组强度波动超过 16% 并出现暗区。

器件性能与稳定性

 （a）有效面积 0.05 cm² 的对照组与 CSHA 类冠军器件的J−V特性（反扫）。（b）有效面积 1.03 cm² 器件的 J−V 特性（反扫）。（c）代表性 CSHA 类器件（0.05 与 1.03 cm²）在 Newport 按严格渐近协议认证的准稳态J−V 曲线。（d）近年报道的钙钛矿太阳电池认证稳定PCE统计。（e）对照组与 CSHA 类器件在 85 ℃、约 50% 相对湿度、连续 1-sun（100 mW cm⁻²）光照下测得的最大功率点跟踪

六碳间隔基的 CSHA 器件性能最佳，与 Me-4PACz、4PADCB 等常用分子的尺度匹配。CSHA 修饰把平均光电转换效率从 25.7% 提高到 26.8%，提升主要来自开路电压与填充因子；最佳器件效率 27.2%，开路电压 1.182 V，填充因子 86.7%，短路电流密度 26.6 mA/cm²。1 cm² 器件收益更大，效率从 24.3% 升到 26.1%。改善来自界面相互作用增强、陷阱密度下降与电荷提取加快，并非体相结晶度或表面形貌的变化；该策略也能扩展到其他钙钛矿组分。

送 Newport 认证后，0.05 与 1.03 cm² 器件在渐近协议下的准稳态效率分别为 26.8% 与 25.2%，作者称这是同一协议下小面积与大面积器件迄今最高的认证性能。稳定性方面，封装器件在 85 ℃、约 50% 相对湿度、1-sun 光照下连续跟踪最大功率点，CSHA 器件 1200 h 后保持 80% 初始效率，对照组同期衰减 40%。

埋底空洞源于溶液法结晶的固有顺序，CSHA 的做法是在埋底界面先行触发结晶，把薄膜闭合从疏前驱体的空穴传输层表面转移到亲前驱体的钙钛矿表面。结果是埋底缺陷密度降至约 1/8、界面应变接近归零、光电均匀性显著改善；器件认证准稳态效率 26.8%（0.05 cm²）与 25.2%（1.03 cm²），85 ℃、1-sun 下运行 1200 h 保持 80% 初始效率。这套做法调节的是衬底对前驱体的亲和性，没有引入额外的绝缘相，电荷传输不受牺牲。

美能钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT

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：Performance measurement of emerging 3- and 4-terminal tandem solar cells

*特别声明：本账号所发布的原创及转载文章，仅用于学术分享和传递行业相关信息。未经授权，不得抄袭、篡改、引用、转载等侵犯本账号相关权益的行为。文章内容仅供参考，如涉及版权问题，请及时联系我司进行删除。