鈣鈦礦光伏（PV）電池的效率已突破26.7%，但其在濕度、溫度變化和光照條件下的穩(wěn)定性仍是產(chǎn)業(yè)化的關鍵挑戰(zhàn)。本研究基于美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱，聚焦于介孔碳基鈣鈦礦太陽能電池（c-PSC）在濕熱(DH)測試（85°C/85%RH）與光照耦合條件下的降解機制。通過對比兩種層壓工藝，系統(tǒng)探究熱塑性聚烯烴（TPO）封裝材料對電池耐久性的影響。

鈣鈦礦電池的制備與封裝工藝

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電池制備：以FTO玻璃為基底，依次沉積致密TiO?（30 - 50nm）、介孔TiO?（300 - 500nm）、ZrO?（1 - 2μm）和碳電極（10 - 12μm），通過噴墨打印鈣鈦礦層（MAI / PbI2/ 5-AVAI），并濕度輔助退火優(yōu)化性能。封裝工藝：選擇TPO作為封裝材料，因其化學穩(wěn)定性和與玻璃的良好兼容性。采用玻璃-玻璃結構和聚異丁烯作為邊緣密封劑。層壓條件分別為130°C和110°C，分別對應過程A和過程B。在40℃和75%相對濕度(RH)條件下進行135h熱處理以優(yōu)化性能

加速老化：在濕熱（DH）條件下（85%RH，85°C）和光浸泡（1sun）下對電池進行加速老化測試。表征技術：定期從老化箱中取出電池進行電學性能表征，包括I-V曲線測量、光致發(fā)光（PL）成像、光束誘導電流（LBIC）映射和阻抗譜分析。

雙85濕熱測試下的電性能分析

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DH測試條件(左)光浸泡條件(右)樣品電學參數(shù)隨時間變化曲線

DH測試條件（左）光浸泡條件（右）采用工藝B封裝的樣品電流-電壓（I-V）曲線隨時間的變化通過電流-電壓（I-V）測試系統(tǒng)評估了封裝工藝對電池穩(wěn)定性的影響。

• 工藝A（130°C層壓）：初始400小時內功率轉換效率（PCE）保持穩(wěn)定（<5%衰減），隨后因短路電流密度（Jsc）下降導致效率緩慢降低（1000小時衰減30%）。開路電壓（Voc）在400小時達到峰值（1000mV），表明水分初期對鈣鈦礦具有鈍化作用。
• 工藝B（110°C層壓）：PCE在200小時內急劇下降50%，Jsc和填充因子（FF）同步惡化，反映封裝界面劣化加速了載流子復合。

在光浸泡條件下，兩種工藝均表現(xiàn)顯著退化，但工藝A的PCE保留率（2.5%）仍優(yōu)于工藝B（完全失效），凸顯高溫層壓對光穩(wěn)定性的改善作用。

雙85濕熱測試下的PL成像分析

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DH測試條件（左）光浸泡條件（右）電池平均光致發(fā)光（PL）強度隨時間的變化PL強度變化直接關聯(lián)鈣鈦礦層的化學狀態(tài)：

• 濕熱（DH）測試：工藝A樣品PL強度在100小時內上升（灰度值25→50），對應水分誘導的鈍化效應；400小時后強度下降，與I-V曲線中Jsc衰減吻合，證實鈣鈦礦分解為PbI2。工藝B樣品PL信號在400小時飽和（灰度值250），表明嚴重水解導致鈣鈦礦相變失控。
• 光浸泡：所有樣品PL強度在100小時內衰減>80%，且工藝B的下降速率更快，與TiO2缺陷態(tài)（Ti3+-VO）的光活化相關。

雙85濕熱測試下的LBIC成像分析

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DH測試過程中，A/B樣品的激光誘導電流（LBIC）信號變化LBIC空間分布揭示了降解的起源與擴展路徑：

• 工藝A：初始478小時內電流信號均勻，400小時后邊緣區(qū)域信號突增（水分鈍化），隨后中心區(qū)域電流衰減，符合"邊緣→中心"的水分滲透模型。
• 工藝B：電流信號從老化初期即呈不均勻下降，邊緣區(qū)域退化顯著，表明低溫層壓導致封裝-玻璃界面存在微裂紋，加速局部水分侵入。

雙85濕熱測試下的阻抗譜學分析

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DH測試期間，從阻抗譜提取的參數(shù)隨時間演變：(a)串聯(lián)電阻（Rs）、(b)電荷傳輸電阻（Rct）、(c)復合電阻（Rrec）、(d)理想因子（n）通過3-RC模型擬合阻抗譜，量化了界面退化動力學：

• 串聯(lián)電阻(Rs)：工藝B的Rs在300小時內上升200%，反映電極-鈣鈦礦接觸失效（與PL飽和現(xiàn)象一致）；工藝A的Rs變化滯后至500小時。
• 復合電阻(Rrec)：工藝A的Rrec初期上升（鈍化降低復合），后期因鈣鈦礦分解而下降；工藝B的Rrec持續(xù)降低，表明體相缺陷主導退化。
• 理想因子(n)：工藝B的n值快速降低（1.8→1.2），驗證了水分誘導的SRH復合加劇。

TPO封裝中，130°C層壓工藝可顯著提升c-PSC濕熱穩(wěn)定性。光照降解不可逆，但優(yōu)化封裝可延緩PbI2生成速率。未來需明確TPO成分（避免交聯(lián)副產(chǎn)物），并探索低成本高阻隔性邊緣密封材料。

美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱

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美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱采用進口溫度控制器，能夠實現(xiàn)多段溫度編程，具有高精確度和良好的可靠性，滿足不同氣候條件下的測試需求。

溫度范圍：20℃~+130℃

溫濕度范圍：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

滿足試驗標準：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測標準

基于美能溫濕度綜合環(huán)境試驗箱的濕熱(DH)測試表明：提高層壓溫度20°C（130°C vs 110°C）可使電池在85°C/85%RH條件下維持1000小時，效率僅下降30%，而低溫層壓樣品性能迅速衰退。光照仍是主要降解因素，但優(yōu)化后的封裝工藝可延緩鈣鈦礦分解。本研究為碳基鈣鈦礦電池的封裝設計提供了實驗依據(jù)與理論指導。

原文參考：Impact of Encapsulation Processing Conditions onDegradation Mechanisms of Carbon-Based

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