鈣鈦礦太陽能電池在實際應(yīng)用中面臨兩大瓶頸：一是缺陷誘導(dǎo)的非輻射復(fù)合和離子遷移限制效率提升，二是晶格應(yīng)力影響長期穩(wěn)定性。小分子添加劑能調(diào)控結(jié)晶和鈍化缺陷，而聚合物在抑制離子遷移和緩解應(yīng)力方面更具優(yōu)勢。因此，將兩者功能協(xié)同整合，有望同時實現(xiàn)高效率與長壽命。美能PL/EL一體機測試儀可提供全流程的缺陷檢測與工藝優(yōu)化支持。

本文提出在鈣鈦礦前驅(qū)體中加入一種名為MPC的兩性離子化合物。MPC在成膜過程中原位聚合形成P-MPC彈性體，該彈性體均勻分布于晶界，能夠同時優(yōu)化結(jié)晶、鈍化缺陷、抑制離子遷移并釋放殘余應(yīng)力。最終制備的器件獲得了27.09%的冠軍效率（認證26.69%），并在多種老化條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。

MPC的相互作用機制與結(jié)晶/缺陷調(diào)控

MPC 的相互作用機制與結(jié)晶調(diào)控

首先比較了MPC與兩種類似單體（EGMP、DM）的效果。MPC同時含有帶負電的磷酸基和帶正電的季銨基，其靜電勢最小值更低（-0.093 eV），偶極矩更大（14.58 Debye），因此與未配位Pb2?的配位能力最強，鈍化效果最佳。實驗表明，MPC修飾的器件平均PCE達27.01%，明顯優(yōu)于對照組的24.9%。

通過NMR和FTIR證實，MPC中的P=O與Pb2?發(fā)生配位作用；在退火過程中，MPC通過C=C雙鍵聚合形成P-MPC，同時薄膜中的-N?(CH?)?與PO??之間存在靜電相互作用，形成動態(tài)非共價鍵。

XPS顯示，P-MPC使Pb和I的結(jié)合能向低能方向移動，表明缺陷減少。

DFT計算進一步證實，P=O與Pb2?的吸附能為-0.86 eV，并存在電荷轉(zhuǎn)移；引入MPC后，碘空位和鉛空位的缺陷形成能分別從1.84 eV和3.02 eV提高到2.21 eV和3.42 eV，說明缺陷被有效抑制。

原位PL監(jiān)測顯示，含MPC的薄膜在旋涂過程中成核更快，在退火過程中PL強度下降更小，表明表面缺陷被鈍化。

薄膜質(zhì)量與應(yīng)力釋放

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均勻化鈣鈦礦薄膜

XRD和SEM顯示，P-MPC薄膜結(jié)晶度更高，晶粒更大且均勻，無殘余PbI?，晶粒垂直生長有利于電荷傳輸。

AFM顯示表面粗糙度從32.5 nm降至14.9 nm，KPFM表明表面電勢更均勻且更p型。

穩(wěn)態(tài)PL和TRPL顯示，載流子壽命從134.69 ns延長至317.62 ns，非輻射復(fù)合被抑制。

通過GIXRD分析殘余應(yīng)力：對照薄膜表面（50 nm深度）張應(yīng)力為42.44 MPa，底部（500 nm）為16.39 MPa；而P-MPC薄膜兩處深度張應(yīng)力均為8.29 MPa，說明沿晶界分布的彈性體有效釋放了應(yīng)力。

濕熱穩(wěn)定性

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增強鈣鈦礦薄膜的長期濕熱穩(wěn)定性

在85℃、20%相對濕度下老化1000小時后，對照薄膜的UV-vis吸收大幅下降，XRD中PbI?峰顯著增強，鈣鈦礦峰減弱；而P-MPC薄膜吸收僅輕微下降，PbI?峰微弱，表現(xiàn)出優(yōu)異的濕熱穩(wěn)定性。

器件性能與穩(wěn)定性

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PSC 的光伏性能與穩(wěn)定性表征

冠軍P-MPC器件反向掃描PCE為27.09 %，VOC=1.184 V，F(xiàn)F=87.09 %，JSC=26.27 mA cm?2；對照器件為25.36 %。穩(wěn)定輸出PCE為26.71 %。認證效率26.69 %。30個器件統(tǒng)計顯示P-MPC平均PCE為26.74 %，對照為24.66 %。

器件物理分析表明：TPV衰減時間從30.94 μs延長至74.64 μs（復(fù)合減少），TPC衰減時間從1.82 μs縮短至0.51 μs（傳輸改善）；EL外量子效率從1.97 %提升至6.82 %；內(nèi)建電勢從0.91 V升至1.04 V；復(fù)合電阻從5016 Ω增至10780 Ω；理想因子從1.57降至1.24。FF損失分析表明，電荷傳輸損失降低是FF提升的主因。

規(guī)?；c通用性

在5×5 cm2基板上制備的迷你組件（活性面積14.1 cm2）獲得22.95%的PCE。將該策略應(yīng)用于寬帶隙（1.85 eV）和窄帶隙（1.25 eV）鈣鈦礦，PCE分別從約17%提升至19.40%和從21.36%提升至23.21%，證明其在疊層電池中的潛力。

離子遷移抑制與穩(wěn)定性

溫度依賴電導(dǎo)率測得P-MPC薄膜的離子遷移活化能為0.95 eV，遠高于對照的0.62 eV。

ToF-SIMS顯示，光照500小時后對照器件出現(xiàn)鹵素離子在電極處積累，而P-MPC器件保持均勻分布；同時P-MPC富集于晶界和界面，形成化學(xué)鈍化-物理屏障。

綜合穩(wěn)定性測試

熱循環(huán)（-40 ℃~85 ℃，200次）：P-MPC器件保留84.6 %初始PCE，對照僅47.3 %。

濕熱（85 ℃，暗態(tài)，1000小時）：P-MPC保留92.6 %，對照保留49.9 %。

最大功率點跟蹤（1000小時，1個太陽）：P-MPC保留96.1 %，對照保留70.6 %。

通過在鈣鈦礦前驅(qū)體中引入可聚合兩性離子MPC，原位形成P-MPC彈性體，該彈性體錨定于晶界，實現(xiàn)結(jié)晶調(diào)控、缺陷鈍化、應(yīng)力釋放和離子遷移抑制四重功能。所制器件實現(xiàn)了27.09%的高效率（認證26.69%）和優(yōu)異的長期運行穩(wěn)定性，為發(fā)展高性能、耐用的鈣鈦礦光伏技術(shù)提供了有效路徑。

美能PL/EL一體機測試儀

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美能PL/EL一體機測試儀模擬太陽光照射晶硅太陽能電池片，均勻照亮整個樣品，并用專業(yè)的鏡頭采集光致發(fā)光（PL）信號，獲得PL成像；電致發(fā)光（EL）信號，獲得EL成像。通過圖像算法和軟件對捕獲的PL/EL成像進行處理和分析，并識別出PL/EL缺陷，根據(jù)其特征進行分析、分類、歸納等。

EL/PL成像，500萬像素，實現(xiàn)多種成像精度切換

光譜響應(yīng)范圍：400nm~1200nm

PL光源：藍光（可定制光源尺寸、波長等)

多種缺陷識別分析(麻點、發(fā)暗、邊緣入侵等)可定制缺陷種類

美能PL/EL一體機可精準評估鈣鈦礦薄膜的缺陷密度與載流子復(fù)合行為，量化原位聚合兩性離子彈性體（MPC）的鈍化效果。針對MPC誘導(dǎo)快速成核、晶界應(yīng)力釋放、離子遷移抑制等關(guān)鍵結(jié)論，通過PL/EL雙模成像監(jiān)控薄膜的發(fā)光強度、載流子壽命變化及表面缺陷鈍化均勻性，結(jié)果數(shù)據(jù)顯示，P-MPC薄膜的穩(wěn)態(tài)PL強度顯著增強，TRPL載流子壽命從134.69 ns延長至317.62 ns，電致發(fā)光外量子效率（EQE_EL）從1.97%提升至6.82%，為工藝優(yōu)化提供核心檢測支撐。