鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC），尤其是倒置（p-i-n）結(jié)構(gòu)PSC中因紫外線（UV）照射導(dǎo)致界面退化而嚴(yán)重影響器件穩(wěn)定性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。本研究報(bào)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(guò)增強(qiáng)分子本身紫外線穩(wěn)定性、優(yōu)化鈣鈦礦界面結(jié)合、提升薄膜結(jié)晶質(zhì)量和降低缺陷密度，實(shí)現(xiàn)了高效率（25.62%）且具有優(yōu)異紫外、運(yùn)行及熱穩(wěn)定性的倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
電池穩(wěn)定性測(cè)試可以采用美能MPPT多通道電池測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功率追蹤功能為數(shù)據(jù)可靠性提供保障。

分子設(shè)計(jì)原理

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分子設(shè)計(jì)機(jī)理(a)Me-TPCP/TPCP結(jié)構(gòu);(b)鍵斷裂反應(yīng)ΔG對(duì)比;(d-f)分子UV穩(wěn)定性驗(yàn)證(1H NMR)

π共軛骨架強(qiáng)化穩(wěn)定性

用苯基取代傳統(tǒng)烷基連接基團(tuán)，縮短與咔唑環(huán)關(guān)鍵C-N鍵的距離，形成保護(hù)性共軛作用；在咔唑3,6位引入噻吩基團(tuán)，進(jìn)一步擴(kuò)展共軛體系。

• 理論驗(yàn)證：TD-DFT計(jì)算表明，該設(shè)計(jì)使C-N鍵斷裂反應(yīng)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(shí)驗(yàn)證實(shí)：1H NMR顯示，UV老化后傳統(tǒng)分子4PACZ結(jié)構(gòu)破壞，而TPCP/Me-TPCP保持不變。

噻吩基團(tuán)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(qiáng)配位（XPS位移證實(shí)），實(shí)現(xiàn)：

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

甲基化微調(diào)性能

界面電荷動(dòng)力學(xué)

在Me-TPCP中引入甲基，通過(guò)p-π超共軛穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化能級(jí)匹配，使空穴提取勢(shì)壘降至0.84 eV（圖2d），提升導(dǎo)電性（c-AFM電流強(qiáng)度增強(qiáng)171%）。

電池效率與穩(wěn)定性驗(yàn)證

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

采用結(jié)構(gòu)為FTO/SAM/鈣鈦礦/C60/Ag的倒置電池，Me-TPCP基器件實(shí)現(xiàn)：25.62%超高效率。光伏參數(shù)：

• 最優(yōu)器件電流-電壓（J-V）曲線與參數(shù)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(diǎn)（Vmax=1.04 V）穩(wěn)定輸出25.12%效率達(dá)250秒，證實(shí)實(shí)際工作狀態(tài)下的可靠性；
  

卓越穩(wěn)定性

• UV穩(wěn)定性：在強(qiáng)UV光（108 mW/cm2, 365 nm）下老化72小時(shí)后，保留了80.4%的初始效率（4PACZ僅51.3%）。
• 運(yùn)行穩(wěn)定性：在1太陽(yáng)光照射（N?氛圍）1000小時(shí)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(shí)后，保留了93.2%的初始效率。

電荷復(fù)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(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)分裂(QFLS)(h) Urbach能量計(jì)算(i) 電致發(fā)光EQE曲線

關(guān)鍵機(jī)理驗(yàn)證：瞬態(tài)吸收光譜（TAS）與熒光壽命測(cè)試（TRPL）證實(shí)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(shuō)明其有效抑制非輻射復(fù)合?；贛e-TPCP的倒置電池實(shí)現(xiàn)25.62%認(rèn)證效率，其MPPT跟蹤下穩(wěn)定輸出效率達(dá)25.12%，并在紫外、光照與高溫場(chǎng)景中展現(xiàn)卓越穩(wěn)定性（UV老化后>80%，MPPT千小時(shí)>90%），為抗老化鈣鈦礦電池樹(shù)立新范式。

美能MPPT多通道電池測(cè)試系統(tǒng)

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美能MPPT多通道電池測(cè)試系統(tǒng)采用A+AA+級(jí)LED太陽(yáng)光模擬器作為老化光源，以其先進(jìn)的技術(shù)和多功能設(shè)計(jì)，為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究提供了強(qiáng)有力的支持。

• 光源等級(jí)：A+AA+，光譜匹配度A+級(jí)，均勻性A級(jí)，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性A+級(jí)
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強(qiáng)可調(diào)節(jié): 0.2-1.5sun，以0.1sun為步進(jìn)可依次調(diào)節(jié)
• 功率獨(dú)立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

美能MPPT多通道電池測(cè)試系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)追蹤鈣鈦礦太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)以?xún)?yōu)化發(fā)電量。本研究的 MPPT 數(shù)據(jù)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

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