m-FPEAI钝化技术结合MPPT测试实现钙钛矿电池24.6%效率，连续1750小时稳定运行

 

 

近年来，

钙钛矿太阳能电池（PSCs）高效备受关注，但商业化仍需解决稳定性问题。传统PEAI钝化剂易渗透3D层导致性能下降，本研究创新设计三种氟化PEAI衍生（o/m/p-FPEAI），发现间位取代的m-FPEAI凭借立体位阻效应，最终实现24.63%效率，1750小时MPPT测试保持80%以上效率。美能钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT采用AAA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。

 

m-FPEAI钝化技术原理

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PEAI、o-FPEAI、m-FPEAI和p-FPEAI的分子结构

通过分子结构分析发现，PEAI 及三种氟代衍生物（o/m/p-FPEAI）的分子结构差异，关键在于氟原子位置对空间位阻的影响。其中，m-FPEAI因间位氟的强位阻效应，能有效抑制2D相向3D层的渗透，从而保持3D钙钛矿的结构完整性。

光致发光PL测试

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(a)用于PL测试的样品结构；对照组、PEAI处理组及o/m/p-FPEAI处理组钙钛矿薄膜的：(b)PL强度、(c)水接触角测试、(d)样品在25°C、60% RH空气中存储120天后的外观；(e)存储前样品的XRD谱图；(f) 存储120天后样品的XRD谱图

通过光致发光PL测试发现：经 o-FPEAI、m-FPEAI 和 p-FPEAI 处理的钙钛矿薄膜，PL强度均显著高于对照样品（CT）和 PEAI 处理样品，表明氟原子引入能有效减少非辐射复合（缺陷钝化效果提升）。其中，m-FPEAI 处理的薄膜 PL 强度比对照样品高60%，是因它不易渗透、更多停留在缺陷密集的表面，钝化效果最优。

薄膜形貌与电荷动力学

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(a-c) TA光谱等高线图、(d-f)不同衰减时间下的TA光谱、(g-i) 765 nm处漂白峰的衰减曲线

 

瞬态吸收（TA）光谱显示，对照组仅存在3D相（765 nm），而PEAI和氟化衍生物处理的样品均出现2D相（555 nm）和3D相双峰。其中，m-FPEAI的2D相峰最弱，表明其渗透抑制效果最佳。载流子寿命测试表明，m-FPEAI处理的薄膜载流子寿命最长，归因于其有效抑制了2D相形成并减少了缺陷。

钙钛矿薄膜的表面形貌表征：(a-e) AFM图像：(a) 对照组、(b) PEAI处理组、(c) o-FPEAI处理组、(d) m-FPEAI处理组、(e) p-FPEAI处理组； (f-j) 俯视SEM图像：(f) 对照组、(g) PEAI处理组、(h) o-FPEAI处理组、(i) m-FPEAI处理组、(j) p-FPEAI处理组

SEM和AFM图像显示，m-FPEAI处理的薄膜表面粗糙度最低，晶粒尺寸均匀，而p-FPEAI样品表面粗糙且存在PbI₂晶体堆积，表明其可能对薄膜有腐蚀作用。相比之下，m-FPEAI显著改善了薄膜形貌质量。

钙钛矿电池性能与稳定性

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(a)光伏参数分布；(b)J-V特性曲线（相同组分）；(c)五组PSCs的最佳J-V特性曲线；(d-f) 对照组PSC、PEAI处理组PSC、m-FPEAI处理组PSC的SCLC曲线；(g) AM 1.5 G光照下的归一化PCE演变；(h) 持续AM 1.5 G光照下的最大功率点跟踪（MPPT）归一化功率输出。

基于ITO / SnO₂/ 钙钛矿/ spiro-OMeTAD / Au 结构的电池测试表明，m-FPEAI电池的平均效率达24.63%，开路电压（Voc）为1.18 V，短路电流密度（Jsc）为25.52 mA/cm²，填充因子（FF）为0.80。

在持续AM 1.5 G光照下，m-FPEAI电池在1080小时后仍保持90%的初始效率，最大功率点跟踪（MPPT）测试中，1750小时后效率保持率超过80%，远优于其他样品。

本研究对采用m-FPEAI、PEAI处理以及未处理（CT）的钙钛矿太阳能电池（PSCs）进行了最大功率点跟踪（MPPT）测试。结果显示，经m-FPEAI表面修饰的电池表现出显著改善的长期稳定性，在连续AM 1.5 G光照下进行约1750小时的测试后，仍能保持初始效率的80%。

钙钛矿最大功率点追踪 MPPT

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钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT采用A+AA+级LED太阳光模拟器作为老化光源，以其先进的技术和多功能设计，为钙钛矿太阳能电池的研究提供了强有力的支持。

• 光源等级：A+AA+，光谱匹配度A+级，均匀性A级，长时间稳定性A+级
• 有效光斑大小: ≥250*250mm（可定制）
• 光强可调节: 0.2-1.5sun，以0.1sun为步进可依次调节
• 功率独立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm 

美能钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT不仅是性能验证工具，更为了钙钛矿太阳能电池（PSCs）的研究提供了强有力的支持。

原文参考：Suppressing the penetration of 2D perovskites forenhanced stability of perovskite solar cells

 

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