钙钛矿/硅叠层电池实现35.13%稳态效率：共轭结构调控自组装单分子层

钙钛矿/硅叠层太阳能电池通常采用具有金字塔织构的硅底电池，以降低光学损失并改善光捕获。钙钛矿顶电池与硅底电池之间需要形成连续、低损耗的电荷传输界面。自组装单分子层（SAM）常用作反式钙钛矿电池的空穴选择性接触层，其分子排列、衬底覆盖和能级位置会影响空穴提取、界面复合及后续钙钛矿薄膜生长。美能钙钛矿MPPT最大功率点测试仪采用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。

在粗糙的金字塔表面，SAM分子需要同时满足衬底锚定、分子间有序组装和连续覆盖等要求。扩大共轭结构有利于电荷传输，但平面共轭分子容易发生较强的π–π堆积并形成聚集体，造成局部覆盖不足。分子聚集与表面覆盖之间的矛盾，成为绒面硅叠层电池埋底界面优化的关键限制。

空间共轭结构调节分子组装

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自组装分子的结构设计与组装。比较不同分子的共轭结构、吸附能、溶液聚集尺寸、GIWAXS衍射特征及表面覆盖率

研究以4PACz为参照，设计了三种具有不同空间共轭构型的自组装分子TC1、TC2和TC3。TC1采用扩展的七环平面共轭骨架，能够与ITO形成较强相互作用，但分子间堆积倾向也较明显。TC2由五环共轭骨架和一个发生空间扭转的苯环构成，通过分子内位阻调节分子间π–π相互作用，在衬底吸附与分子聚集之间取得平衡。TC3由两个相互扭转连接的三环咔唑单元构成，空间位阻较大，聚集程度较低，但其衬底吸附作用相对较弱。

计算结果显示，TC1、TC2和TC3在ITO表面的吸附能分别为−5.918、−5.680和−5.523 eV。TC1的吸附更强，但其分子间结合能达到−0.758 eV；TC2为−0.637 eV，说明TC2减弱了过强的分子间结合。动态光散射测试中，TC2溶液聚集体的平均尺寸为109 nm，TC3为72 nm。结合掠入射广角X射线散射结果，TC2呈现较明显的取向有序特征。

分子动力学模拟得到的SAM表面覆盖率分别为：4PACz 62.3%、TC1 75.0%、TC2 83.1%、TC3 73.3%。这里的83.1%是模拟结果，并非显微实测值。研究进一步通过导电原子力显微镜（C-AFM）评估实际覆盖情况，TC2的实测覆盖率超过80%，高于4PACz的约63%和TC3的约66%。两组数据共同说明，适度的空间扭转有助于降低分子聚集对绒面表面覆盖的影响。

提高SAM覆盖与界面电荷传输

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分析SAM在ITO表面的覆盖情况及界面电荷传输。包括XPS、导电原子力显微镜、功函数、能级排列和光致发光分布

冲洗实验和X射线光电子能谱分析显示，TC2在溶剂冲洗后仍能保持较稳定的界面锚定特征。C-AFM电流分布图也显示，TC2能够在金字塔表面形成相对均匀的覆盖层，裸露ITO区域较少。较完整的SAM覆盖有助于减少界面局部接触不良和非选择性电荷传输通道。

能级表征表明，TC2具有较合适的功函数调节效果，其HOMO能级与钙钛矿价带顶的匹配较好。界面吸附计算中，钙钛矿与TC2的相互作用能为−0.289 eV，强于4PACz的−0.230 eV、TC1的−0.254 eV和TC3的−0.240 eV。光致发光量子效率（PLQY）和准费米能级分裂（QFLS）测试中，TC2对应数值分别为1.46%和1.292 eV，均高于其余对照组。结果反映出TC2界面具有较好的缺陷钝化和非辐射复合抑制表现。

改善钙钛矿结晶与叠层器件性能

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钙钛矿结晶与界面钝化：包括吸附能、Pb 4f结合能、原位光致发光、PLQY、准费米能级分裂及离子相关性能损失

SAM层还会影响钙钛矿前驱体溶液的润湿和成核过程。研究中，TC2修饰衬底上的钙钛矿薄膜呈现较大的晶粒和更均匀的形貌，衍射结果显示其结晶质量得到改善。薄膜发光空间分布也更均匀，说明埋底界面对薄膜生长和局部组分分布具有调节作用。

研究人员将不同SAM应用于硅异质结底电池，制备两端式钙钛矿/硅叠层器件。TC2器件的平均开路电压达到2.007 V，平均填充因子为84.30%。冠军器件反向扫描效率为35.31%，对应开路电压2.007 V、短路电流密度20.82 mA/cm²、填充因子84.53%。第三方认证结果为反向扫描效率35.25%，认证填充因子84.98%；在300 s稳态测试中，稳定输出功率为35.38 mW，对应稳态效率35.13%。外量子效率（EQE）积分得到的钙钛矿顶电池和硅底电池电流密度分别为21.60 mA/cm²和20.76 mA/cm²，与器件电流测试结果相符。

光照与热应力下的稳定性

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钙钛矿/硅叠层电池的器件性能。包括器件结构、光伏参数统计、J–V曲线、稳态输出、外量子效率及不同老化条件下的稳定性

薄膜光稳定性测试显示，连续光照200 h后，TC2对应钙钛矿薄膜的PLQY由1.43%降至1.25%，变化幅度较小。连续激光照射测试中，TC2薄膜的发光峰位移也较弱，表明其对光照诱导的卤素相分离具有较好的抑制效果。快速迟滞测试显示，TC1和TC2器件的离子相关效率损失约为2%，低于4PACz和TC3的约8%。偏压辅助电荷提取测试得到的可移动离子密度总体接近，研究据此认为，界面电荷提取和覆盖缺陷会放大移动离子带来的器件损失，而非主要由体相离子密度差异造成。

器件运行稳定性测试中，TC2叠层器件在ISOS-L-1条件下连续运行1500 h后，保持初始效率的94%；在65 ℃的ISOS-L-2加速老化条件下运行1,000 h后，性能保持率为82%。这些结果表明，TC2构建的较致密SAM界面能够同时改善初始器件性能和运行稳定性。

本研究通过调节SAM分子的空间共轭结构，在分子间聚集和衬底吸附之间建立平衡，使自组装单分子层在金字塔绒面ITO表面形成较完整的覆盖，进而改善钙钛矿埋底界面的电荷提取、缺陷钝化和薄膜结晶质量，最终提升钙钛矿/硅叠层太阳能电池的效率与稳定性。

钙钛矿MPPT最大功率点测试仪

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美能钙钛矿MPPT最大功率点测试仪采用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MPPT最大功率点测试仪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。