大面积柔性全钙钛矿串联组件：原位添加剂涂层策略实现23%效率并通过ISOS标准测试

 

 

柔性钙钛矿太阳能电池

（F-PSCs）为轻质、低成本、可贴合的能源解决方案，但其功率转换效率（PCE）低于刚性电池，尤其在大面积组件中，因柔性基板上难制备均匀、高质量的钙钛矿膜而受限。现有研究多通过界面与结晶工程改进大面积膜质量，全钙钛矿串联（宽带隙与窄带隙钙钛矿结合）可减少热损失、突破单结效率极限，但柔性串联（尤其大面积组件）研究有限，且宽带隙钙钛矿高溴、铯含量及气体淬火易致其结晶不良、引入缺陷。美能温湿度综合环境试验箱专为验证评估组件或材料的可靠性，能达到快速升温降温，提升测试效率，满足IEC61215、ISOS等标准。

 

本研究提出连续气体淬火下原位添加剂涂层处理湿钙钛矿膜的规模化策略，制得高质量大面积膜，小面积柔性全钙钛矿串联电池PCE达27.5%，大面积组件经认证PCE为23.0 %，组件稳定性优异，缩小了柔性与刚性钙钛矿串联的效率差距。

柔性钙钛矿的核心价值

 Millennial Solar 

 

 

柔性太阳能板可在塑料、金属箔等轻质基板上沉积，最终厚度仅数微米，能将屋顶、曲面、甚至衣物等表面转化为能源来源。此外，其极低的质量使其在 “比功率”（单位质量输出功率）上优势明显，尤其适合航天器等对 “体积 - 重量比” 要求严苛的场景。

添加剂辅助原位刮涂策略

 Millennial Solar 

 

 

a. 柔性基板上WBG的SEM图像 b. 钙钛矿膜颜色变化的照片 c. 添加剂辅助原位刮涂策略的示意图 d. XRD图谱 e.PL光谱

本研究提出在气体淬火后的“涂覆窗口期”（CW）内，原位涂覆甲基氯化铵（MACl）和苯乙基碘化铵（PEAI）的异丙醇溶液，以去除残留二甲基亚砜（DMSO）并引入添加剂改善晶体生长和缺陷钝化。X射线衍射（XRD）和稳态光致发光（PL）测试表明：MP-CW（MACl / PEAI涂覆窗口处理）薄膜具有更窄且更强的衍射峰和更高的PL强度，说明其结晶质量提高且非辐射复合减少。

原位刮涂策略的机制

 Millennial Solar 

 

 

a. 溶解度的变化b. ToF-SIMS图谱 c. 扩散和去除的照片 d. 4f 芯能级的表面敏感的XPS e. 埋底界面氯（Cl）2p 芯能级的 XPS

WBG钙钛矿薄膜在PET基底上易形成埋底界面空洞，主要原因是高沸点DMSO溶剂被困在膜底部，后续高温退火导致体积塌陷形成空洞。MP-CW策略通过MACl促进的Cl-DMSO配位通道，使PEA⁺离子能够扩散至埋底界面进行钝化，同时调控结晶动力学并去除残留DMSO。飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）显示，MP-CW薄膜中PEA⁺信号在整个膜层（包括埋底界面）均匀分布，而单一添加剂或后处理样品则仅限于表面。

溶解度实验表明，MACl的加入提高了PbX₂在DMSO中的溶解度，使PEAI能够深入渗透至埋底界面。X射线光电子能谱（XPS）进一步证实MP-CW样品中Pb 4f峰向低结合能移动，说明PEA⁺与欠配位Pb²⁺发生静电相互作用，实现深层钝化。

大面积薄膜的质量与均匀性

 Millennial Solar 

 

 

a.控制组和 MP-CW 组钙钛矿膜PL光谱 b. HTL/ 钙钛矿堆叠体的TRPL光谱c. 样品的二维 PL 成像光谱d. 样品中 PL 峰（强度）分布的统计直方图e. 6×6 cm² 柔性基板上样品的QFLS直方图

通过稳态和时间分辨光致发光（TRPL）测试评估薄膜质量。MP-CW薄膜在正面和背面激发下均表现出高且均匀的PL强度，说明其非辐射复合被有效抑制。TRPL显示MP-CW的电荷提取寿命（τ₁）从63.9 ns降至14.7 ns，体复合寿命（τ₂）从376.3 ns增至1353.3 ns，表明界面电荷传输增强且体缺陷减少。

二维PL mapping显示MP-CW薄膜的荧光强度波动较控制组降低四倍（409±154 vs. 673±30 counts），证明其具有优异的大面积均匀性。QFLS分布也更集中，进一步验证了其均匀性。

柔性电池的性能

 Millennial Solar 

 

 

柔性钙钛矿电池的性能与光电特性表征

采用结构为PET / ITO / NiOx-SAM / WBG钙钛矿/ C60 / ALD-SnO2 / Cu的倒置单结电池，优化后的MP-CW电池冠军PCE为18.48%（VOC=1.356 V，JSC=16.27 mA cm⁻²，FF=83.74%），优于控制组（16.71%），且30个电池平均PCE接近18.2%，表现出良好的批次一致性。8个子电池在6×6 cm²基底上呈现近乎一致的PCE分布，验证了策略的可扩展性。

电致发光（EL）测试表明MP-CW电池具有更高的外量子电致发光效率（EQEEL），计算得出ΔVOC=0.04 V，与J-V结果一致。光强依赖VOC测试显示理想因子从1.81降至1.35，表明复合损失减少。光致发光量子产率（PLQY）测试表明MP-CW薄膜电压损失（Eloss）从127 meV降至107 meV，界面钝化效果显著。

柔性全钙钛矿叠层组件

 Millennial Solar 

 

 

 全钙钛矿串联太阳能组件的光伏性能与稳定性

基于优化WBG子电池，构建了柔性全钙钛矿叠层结构：PET / ITO / HTL / WBG /复合结（RBJ）/ NBG钙钛矿 / C60 / ALD-SnO2 / Cu。冠军叠层电池PCE达27.5%（VOC=2.13 V，JSC=16.0 mA cm⁻²，FF=80.4%），48个电池平均PCE为26.5±0.5%。

模块采用8个子电池串联结构，GFF为95.8 %，认证孔径面积20.26 cm²的组件PCE为23.0 %（稳态效率22.1 %），活性面积效率超过24 %。35个模块平均PCE为22.2 ± 0.5%，显示出良好的重复性。缩放效率损失从20%降至12%，并通过中试级狭缝涂布在30×40 cm² PET基底上实现804 cm²均匀结晶。

机械弯曲测试表明，MP-CW模块在10 mm半径（1%应变）下10,000次循环后保持97.2%初始PCE，优于控制组（79.9%）。光稳定性测试（ISOS-L-1）中，PET封装MP-CW模块T80为318小时，玻璃封装则达715小时，媲美刚性叠层组件。热循环测试（ISOS-T-3）中，MP-CW模块在200次循环后仍保持80%初始PCE，远优于控制组（50%）。

本研究通过 “原位添加剂涂层 + 连续气体淬火” 的创新策略，成功解决了柔性基板上高质量钙钛矿膜的规模化制备难题：既实现了 27.5%（小电池）、23.0%（认证组件）的高效 PCE，又通过优异的机械稳定性、光稳定性和极端环境耐受性，特别是在10 mm弯曲半径下10,000次循环后仍保持初始性能，验证了柔性光伏的实际应用潜力。该技术不仅缩小了柔性与刚性钙钛矿串联电池的效率差距，更提供了一套 “低成本、可规模化” 的制备方案，为下一代轻质太阳能技术的产业化奠定了基础。

美能温湿度综合环境试验箱

 Millennial Solar 

 

 

 

 

美能温湿度综合环境试验箱采用进口温度控制器，能够实现多段温度编程，具有高精确度和良好的可靠性，满足不同气候条件下的测试需求。

温度范围：20℃~+130℃

温湿度范围：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

满足试验标准：IEC61215、IEC61730、UL1703等检测标准

美能温湿度综合环境试验箱可精准模拟- 40℃85℃热循环（ISOS-T-3标准）及稳定控制试验环境温湿度，为柔性全钙钛矿串联组件提供精准极端环境模拟，实现了高效组件在1000 小时湿热测试及 10000 次弯曲循环后的稳定性验证，为该组件基于原位涂层策略迈向规模化、高性能柔性光伏应用奠定了基础。

原文参考：In situ coating strategy for flexible all-perovskite tandem modules

 

 

*特别声明：「美能光伏」公众号所发布的原创及转载文章，仅用于学术分享和传递光伏行业相关信息。未经授权，不得抄袭、篡改、引用、转载等侵犯本公众号相关权益的行为。内容仅供参考，若有侵权，请及时联系我司进行删除。