鈣鈦礦太陽能電池（PSC），尤其是倒置（p-i-n）結構PSC中因紫外線（UV）照射導致界面退化而嚴重影響器件穩(wěn)定性的關鍵挑戰(zhàn)。本研究報道了兩種新型噻吩修飾的自組裝π共軛空穴選擇分子（ Me-TPCP 和 TPCP ），通過增強分子本身紫外線穩(wěn)定性、優(yōu)化鈣鈦礦界面結合、提升薄膜結晶質量和降低缺陷密度，實現了高效率（25.62%）且具有優(yōu)異紫外、運行及熱穩(wěn)定性的倒置鈣鈦礦太陽能電池。
電池穩(wěn)定性測試可以采用美能MPPT多通道電池測試系統的動態(tài)功率追蹤功能為數據可靠性提供保障。

分子設計原理

Millennial Solar

分子設計機理(a)Me-TPCP/TPCP結構;(b)鍵斷裂反應ΔG對比;(d-f)分子UV穩(wěn)定性驗證(1H NMR)

π共軛骨架強化穩(wěn)定性

用苯基取代傳統烷基連接基團，縮短與咔唑環(huán)關鍵C-N鍵的距離，形成保護性共軛作用；在咔唑3,6位引入噻吩基團，進一步擴展共軛體系。

• 理論驗證：TD-DFT計算表明，該設計使C-N鍵斷裂反應從自發(fā)（ΔG<0）變?yōu)榉亲园l(fā)（ΔG>0），分子本征UV穩(wěn)定性顯著提升。
• 實驗證實：1H NMR顯示，UV老化后傳統分子4PACZ結構破壞，而TPCP/Me-TPCP保持不變。

噻吩基團雙重功能化

鈣鈦礦薄膜性能

噻吩頂端的硫原子與鈣鈦礦中未配位的Pb2?離子強配位（XPS位移證實），實現：

• 增強鈣鈦礦與基底的結合能（ 吸附能提至 -6.35 eV ）
• 促進鈣鈦礦形成大晶粒（SEM顯示晶粒達671 nm）
• 降低薄膜缺陷密度（SCLC測得陷阱減少15%）

甲基化微調性能

界面電荷動力學

在Me-TPCP中引入甲基，通過p-π超共軛穩(wěn)定分子結構，并優(yōu)化能級匹配，使空穴提取勢壘降至0.84 eV（圖2d），提升導電性（c-AFM電流強度增強171%）。

電池效率與穩(wěn)定性驗證

Millennial Solar

電池性能(a) J-V曲線及光伏參數(b) Me-TPCP器件EQE譜及積分電流(c) 最大功率點穩(wěn)定輸出(d) UV穩(wěn)定性測試(e) 運行穩(wěn)定性(f) 熱穩(wěn)定性

采用結構為FTO/SAM/鈣鈦礦/C60/Ag的倒置電池，Me-TPCP基器件實現：25.62%超高效率。光伏參數：

• 最優(yōu)器件電流-電壓（J-V）曲線與參數表：Me-TPCP-PCE=25.62%（Voc=1.185 V, Jsc=25.67 mA/cm2, FF=84.21%）> TPCP=24.38% > 4PACZ=23.85%。
• EQE光譜(M-TPCP基器件)與積分電流(≈Jsc)吻合。
• MPPT追蹤：在最大功率點（Vmax=1.04 V）穩(wěn)定輸出25.12%效率達250秒，證實實際工作狀態(tài)下的可靠性；
  

卓越穩(wěn)定性

• UV穩(wěn)定性：在強UV光（108 mW/cm2, 365 nm）下老化72小時后，保留了80.4%的初始效率（4PACZ僅51.3%）。
• 運行穩(wěn)定性：在1太陽光照射（N?氛圍）1000小時后，保留了90.1%的初始效率。
• 熱穩(wěn)定性：在85°C（N?氛圍）加熱800小時后，保留了93.2%的初始效率。

電荷復合抑制(a-c) TAS偽彩圖：(a) 4PACZ, (b) TPCP, (c) Me-TPCP(d) 穩(wěn)態(tài)PL譜(e) TRPL衰減曲線(f) TPC衰減曲線(g) PLQY與準費米能級分裂(QFLS)(h) Urbach能量計算(i) 電致發(fā)光EQE曲線

關鍵機理驗證：瞬態(tài)吸收光譜（TAS）與熒光壽命測試（TRPL）證實Me-TPCP具有最快的空穴提取速度（壽命僅1649 ps）；低Urbach能量（38.94 meV）和高電致發(fā)光效率（EQEEL=8.86%）說明其有效抑制非輻射復合?；贛e-TPCP的倒置電池實現25.62%認證效率，其MPPT跟蹤下穩(wěn)定輸出效率達25.12%，并在紫外、光照與高溫場景中展現卓越穩(wěn)定性（UV老化后>80%，MPPT千小時>90%），為抗老化鈣鈦礦電池樹立新范式。

美能MPPT多通道電池測試系統

Millennial Solar

美能MPPT多通道電池測試系統采用A+AA+級LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進的技術和多功能設計，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強有力的支持。

• 光源等級：A+AA+，光譜匹配度A+級，均勻性A級，長時間穩(wěn)定性A+級
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強可調節(jié): 0.2-1.5sun，以0.1sun為步進可依次調節(jié)
• 功率獨立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

美能MPPT多通道電池測試系統可以動態(tài)追蹤鈣鈦礦太陽能電池最大功率點以優(yōu)化發(fā)電量。本研究的 MPPT 數據直接證明器件具備商業(yè)化所需的持續(xù)高功率輸出能力。

原文參考：Self-Assembled π-Conjugated Hole-Selective Molecules for UVResistant High-Efficiency Perovskite Solar Cells

*特別聲明：「美能光伏」公眾號所發(fā)布的原創(chuàng)及轉載文章，僅用于學術分享和傳遞光伏行業(yè)相關信息。未經授權，不得抄襲、篡改、引用、轉載等侵犯本公眾號相關權益的行為。內容僅供參考，若有侵權，請及時聯系我司進行刪除。