鈣鈦礦太陽能電池（PSC），尤其是倒置（p-i-n）結構PSC中因紫外線（UV）照射導致界面退化而嚴重影響器件穩定性的關鍵挑戰。本研究報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 ），通過增強分子本身紫外線穩定性、優化鈣鈦礦界面結合、提升薄膜結晶質量和降低缺陷密度，實現了高效率（25.62%）且具有優異紫外、運行及熱穩定性的倒置鈣鈦礦太陽能電池。
電池穩定性測試可以采用美能MPPT多通道電池測試系統的動態功率追蹤功能為數據可靠性提供保障。

分子設計原理

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分子設計機理(a)Me-TPCP/TPCP結構;(b)鍵斷裂反應ΔG對比;(d-f)分子UV穩定性驗證(1H NMR)

π共軛骨架強化穩定性

用苯基取代傳統烷基連接基團，縮短與咔唑環關鍵C-N鍵的距離，形成保護性共軛作用；在咔唑3,6位引入噻吩基團，進一步擴展共軛體系。

• 理論驗證：TD-DFT計算表明，該設計使C-N鍵斷裂反應從自發（ΔG<0）變為非自發（ΔG>0），分子本征UV穩定性顯著提升。
• 實驗證實：1H NMR顯示，UV老化后傳統分子4PACZ結構破壞，而TPCP/Me-TPCP保持不變。

噻吩基團雙重功能化

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?離子強配位（XPS位移證實），實現：

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

甲基化微調性能

界面電荷動力學

在Me-TPCP中引入甲基，通過p-π超共軛穩定分子結構，并優化能級匹配，使空穴提取勢壘降至0.84 eV（圖2d），提升導電性（c-AFM電流強度增強171%）。

電池效率與穩定性驗證

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電池性能(a) J-V曲線及光伏參數(b) Me-TPCP器件EQE譜及積分電流(c) 最大功率點穩定輸出(d) UV穩定性測試(e) 運行穩定性(f) 熱穩定性

采用結構為FTO/SAM/鈣鈦礦/C60/Ag的倒置電池，Me-TPCP基器件實現：25.62%超高效率。光伏參數：

• 最優器件電流-電壓（J-V）曲線與參數表：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（Vmax=1.04 V）穩定輸出25.12%效率達250秒，證實實際工作狀態下的可靠性；
  

卓越穩定性

• UV穩定性：在強UV光（108 mW/cm2, 365 nm）下老化72小時后，保留了80.4%的初始效率（4PACZ僅51.3%）。
• 運行穩定性：在1太陽光照射（N?氛圍）1000小時后，保留了90.1%的初始效率。
• 熱穩定性：在85°C（N?氛圍）加熱800小時后，保留了93.2%的初始效率。

電荷復合抑制(a-c) TAS偽彩圖：(a) 4PACZ, (b) TPCP, (c) Me-TPCP(d) 穩態PL譜(e) TRPL衰減曲線(f) TPC衰減曲線(g) PLQY與準費米能級分裂(QFLS)(h) Urbach能量計算(i) 電致發光EQE曲線

關鍵機理驗證：瞬態吸收光譜（TAS）與熒光壽命測試（TRPL）證實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）和高電致發光效率（EQEEL=8.86%）說明其有效抑制非輻射復合。基于Me-TPCP的倒置電池實現25.62%認證效率，其MPPT跟蹤下穩定輸出效率達25.12%，并在紫外、光照與高溫場景中展現卓越穩定性（UV老化后>80%，MPPT千小時>90%），為抗老化鈣鈦礦電池樹立新范式。

美能MPPT多通道電池測試系統

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美能MPPT多通道電池測試系統采用A+AA+級LED太陽光模擬器作為老化光源，以其先進的技術和多功能設計，為鈣鈦礦太陽能電池的研究提供了強有力的支持。

• 光源等級：A+AA+，光譜匹配度A+級，均勻性A級，長時間穩定性A+級
• 有效光斑大小:≥250*250mm（可定制）
• 光強可調節: 0.2-1.5sun，以0.1sun為步進可依次調節
• 功率獨立可控：300-400 nm/400-750 nm/750-1200 nm

美能MPPT多通道電池測試系統可以動態追蹤鈣鈦礦太陽能電池最大功率點以優化發電量。本研究的 MPPT 數據直接證明器件具備商業化所需的持續高功率輸出能力。

原文參考：Self-Assembled π-Conjugated Hole-Selective Molecules for UVResistant High-Efficiency Perovskite Solar Cells

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