宽带隙钙钛矿/硅叠层太阳能电池的效率受限于自组装单层（SAM）的界面问题，尤其是Me4PACz分子在醇溶液中的自聚集导致覆盖不均、界面结合弱和缺陷密度高。美能钙钛矿最大功率点追踪测试MPPT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。

本文设计了一种非共面构型分子TTA，其三个羧酸锚定基团和噻吩单元可同时抑制Me4PACz的ππ堆积、增强与NiOx衬底和钙钛矿的多位点结合，并改善钙钛矿结晶。将TTA与Me4PACz混合（摩尔比1:3）形成混合SAM，宽带隙单结器件获得23.7%的冠军效率，热循环和光照稳定性显著提升；钙钛矿/硅叠层器件实现33.3%的效率（认证33.1%），并在户外运行30天后无效率衰减。

实验方法

单结器件以ITO为衬底，旋涂NiOx（水溶液或磁控溅射）后退火，再旋涂SAM（Me4PACz或Me+TTA混合溶液，乙醇溶剂，4000 rpm，30 s，120°C退火20 min，乙醇冲洗）。钙钛矿前驱体组分为Cs0.05MA0.15FA0.80Pb(I0.75Br0.25)3，浓度1.5 M，溶剂DMF:DMSO=4:1，添加RbSCN，采用反溶剂法旋涂，100°C退火10 min，后以EDADI溶液处理。电子传输层C60（25 nm）和SnO2（20 nm）由原子层沉积制备，Ag电极热蒸发。叠层器件在双面绒面硅衬底上制备，硅表面经PECVD沉积αSi:H和掺杂ncSi:H钝化层，背面沉积ITO和Ag栅极，正面溅射ICO隧道结，然后同法沉积NiOx、混合SAM、钙钛矿（浓度1.7 M）、C60（10 nm）、SnO2（10 nm）、IZO透明电极、Ag电极和MgFx减反层。DFT计算采用VASP，PBE泛函，DFTD3修正，构建NiO(100)面和钙钛矿(001)面，计算分子间及分子与表面的结合能。

分子间相互作用与界面结合能

Me与TTA的示意图及计算结合作用

DFT计算表明，Me4PACz分子间平行排列具有强ππ堆积（结合能−1.00 eV），而TTA与Me的混合对结合能−1.12 eV更强，说明TTA可破坏Me的自聚集。TTA与NiOx的水平构型结合能−6.98 eV，远高于Me的−4.87 eV；与钙钛矿水平构型结合能−2.24 eV，亦高于Me的−1.16 eV；与FA+终止表面的结合能−4.47 eV，显著高于Me的−2.39 eV。电荷密度差显示TTA体系界面电荷转移更多。

SAM层均匀性与界面结合强度

SAM 层的结构与界面表征

实验表征中，XPS确认TTA中的硫信号，P:S原子比接近前驱体比例，TOFSIMS表明TTA稳定于界面未扩散。TEM显示混合SAM层更连续均匀（厚度约5 nm），CAFM漏电流区域减少，AFMIR信号分布均匀，表面粗糙度从0.51 nm降至0.34 nm。KPFM热老化后混合SAM电位变化小，溶剂冲洗后XPS信号衰减弱，拉伸强度从1.1 MPa增至2.2 MPa，PbI2在混合SAM上的Pb 4f峰位移更大，证实界面结合增强。

钙钛矿结晶、缺陷钝化与载流子动力学

不同SAM下钙钛矿薄膜的形貌与电子性质

钙钛矿结晶方面，混合SAM上底面晶粒更清晰，XRD (100)峰增强；DLS显示前驱体粒径从600~900 nm减至200~300 nm，多分散指数从0.294降至0.164。PL mapping底面和顶面发光更均匀且强度更高；TRPL平均寿命从1170.1 ns延长至1933.1 ns，快衰减组分从29.6 ns增至97.8 ns，表明非辐射复合被抑制。SCLC缺陷密度从1.41×10^16降至1.31×10^16 cm^−3。UPS测得SAM/钙钛矿电离能差从0.42 eV降至0.34 eV，空穴提取势垒降低。

单结与叠层器件性能及稳定性

单结器件的光伏性能

单结器件（最优Me:TTA=3:1）平均PCE从20.3 %升至22.1 %，冠军器件反向扫描PCE 23.7 %，正向22.9 %，VOC均为1.25 V，JSC约22.4 mA/cm²，FF分别为81.6 %和84.3 %。IPCE积分电流21.6 mA/cm²。1 cm²器件效率22.0 %（反向）/21.5 %（正向）。−40°C~85°C热循环200次后目标器件保持95.6 %（对照82.9 %）；MPPT 600小时后目标保持100 %（对照200小时后63.6%）；85°C热老化目标1084小时后保持90.8 %（对照241小时后79.3%）。

钙钛矿／硅叠层器件的性能

叠层器件在绒面硅上制备，冠军效率33.3%（认证33.1%），IPCE吻合。户外30天昼夜循环后无效率衰减，辐照度峰值约0.8 sun，湿度30%~90% RH，瞬时最大功率随光照变化。

TTA分子利用非共面构型、三齿羧基和噻吩单元，有效抑制Me4PACz自聚集，增强SAM与NiOx及钙钛矿的界面结合，改善钙钛矿结晶和缺陷钝化，降低空穴提取势垒。该混合SAM策略同时提升了宽带隙单结和叠层器件的效率与长期稳定性，为高效稳定钙钛矿/硅叠层光伏提供了可行的界面工程路径。

美能钙钛矿最大功率点追踪测试 MPPT

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钙钛矿最大功率点追踪测试MPPT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

美能钙钛矿最大功率点追踪测试MPPT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。

原文参考：Noncoplanar multidentate contacts reinforce buried interface for perovskite/silicon tandem solar cells