钙钛矿太阳能电池在向组件放大时面临效率和运行稳定性的双重挑战。尽管小面积器件已实现26.7%的高效率，但当有效面积超过10 cm²时，组件效率通常降至10%-17%，且长期运行稳定性差，这主要归因于界面缺陷在放大过程中被放大。美能钙钛矿复合式MPPT测试仪 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。
本文提出了一种全面的界面钝化 策略：在p-i-n结构组件中，于空穴传输层（HTL）与钙钛层之间引入还原氧化石墨烯（r-GO）。r-GO不仅可钝化HTL表面缺陷、改善钙钛矿前驱体的润湿性以促进高质量薄膜生长，还能优化能级排列并抑制界面复合 。实验结果表明，经r-GO处理的小面积器件（0.25 cm²）效率达到22.59%，而9.2 cm²的未封装迷你组件效率为16.66%，并在最大功率点跟踪下连续运行1300小时后仍保持约95%的初始效率。该策略为解决钙钛矿组件效率和稳定性的瓶颈问题提供了有效途径。
实验部分
钙钛矿前驱体制备
前驱体组成为Cs₀.₀₄MA₀.₁₄FA₀.₈₂Pb(I₀.₉₈Br₀.₀₁₃)₃，将相应量的MABr、PbCl₂、CsI、MAI、FAI和PbI₂溶解于DMF和DMSO的混合溶剂中。
小面积器件制备
ITO衬底经清洗和紫外臭氧处理后，溅射沉积NiOₓ，并在空气中退火。随后旋涂SAM溶液并退火。将rGO水分散液旋涂于SAM层上并退火。之后在氮气手套箱中旋涂钙钛矿层，采用反溶剂法辅助结晶，退火后依次旋涂C₆₀和BCP层。最后热蒸镀Ag电极，有效面积0.25 cm²。
钙钛矿组件制备
组件结构与小面积器件类似，主要区别在于顶电极设计和通过P1-P2-P3激光划线 实现子电池互连。在5×5 cm²衬底上，首先激光刻蚀P1线 （宽25 μm），然后依次沉积NiOₓ、SAM和rGO。随后旋涂钙钛矿层，沉积ETL（C₆₀/AZO/BCP）。在Cu电极沉积前，激光划出P2沟槽（宽35 μm），然后热蒸镀Cu电极。最后进行P3划线，隔离各子电池顶电极。每个子电池活性面积为6 cm²，死区面积2.3 cm²，几何填充因子72%。尽管旋涂非工业化首选，但本工作为可靠评估界面效应而采用旋涂，该SAM/rGO界面设计本身与可规模化涂布方法兼容。
性能表征 和稳定性测试
在标准AM1.5G光照下记录J-V特性，小面积器件用0.25 cm²掩模，组件用9.2 cm²掩模。测量了EQE、TRPL、TPV、EIS等。稳定性测试在环境条件（~35% RH，~25°C）下进行，未封装器件在MPPT下连续光照1300小时，存储稳定性测试持续1400小时。
实验 结果与讨论
(a)钙钛矿薄膜的紫外-可见吸收光谱，(b)钙钛矿薄膜的TRPL光谱，(c)沉积在ITO/NiOx/SAM和ITO/NiOx/SAM/r-GO衬底上的钙钛矿薄膜的XRD谱图，(d)仅ITO/NiOx/SAM/r-GO衬底的XRD谱图，以验证r-GO的存在
薄膜表征方面 ，沉积在rGO改性衬底上的钙钛矿薄膜具有更高的紫外-可见吸收，表明薄膜质量更好、缺陷更少。TRPL显示，rGO处理样品的载流子寿命（825.9 ns）远长于对照样品（49 ns），归因于缺陷钝化减少了非辐射复合。XRD显示目标衬底上钙钛矿的衍射峰更强，计算晶粒尺寸分别为64.13 nm（目标）和57.32 nm（对照），且薄膜XRD证实了rGO层的存在。
(a)沉积在ITO/NiOx/SAM上的钙钛矿薄膜的FESEM顶视图图像及相应的晶粒尺寸分布，(b)沉积在ITO/NiOx/SAM/r-GO上的钙钛矿薄膜的FESEM顶视图图像及相应的晶粒尺寸分布，(c)水在ITO/NiOx/SAM衬底上的接触角测量，(d)水在ITO/NiOx/SAM/r-GO衬底上的接触角测量
FESEM显示，rGO上生长的钙钛矿晶粒更大（平均128 nm vs 77 nm）。接触角测量显示，水在对照衬底上的接触角为67.2°，在rGO衬底上降至21.7°，表明rGO显著改善了表面润湿性，促进了大晶粒、高结晶度薄膜的形成。
(a)器件结构的示意图，(b)小面积（0.25 cm²）器件在光照下的J-V曲线（反向扫描），(c)采用SAM/r-GO（目标）和未采用r-GO（对照）的器件的VOC随光强变化图，(d)对应小面积（0.25 cm²）器件的EQE光谱
小面积器件（0.25 cm²）中 ，rGO钝化器件的PCE达到22.59%（JSC=23.40 mA/cm²，VOC=1.16 V，FF=0.82），对照器件为18.53%（JSC=23.14 mA/cm²，VOC=1.07 V，FF=0.74）。目标器件的二极管理想因子nid为1.52，低于对照的2.63，表明陷阱辅助复合被抑制 。EQE光谱显示目标器件在整个波段具有更高的EQE值，积分电流密度与J-V结果吻合。稳态MPP测试显示目标器件PCE稳定在约22.57%。
(a)目标器件的稳态电流密度（JSC）和效率（PCE），(b)单载流子器件的暗态J-V曲线及器件结构（插图），(c)对应器件的光电压衰减曲线，(d)对照器件和目标器件的PCE分布直方图
SCLC测量表明，目标器件的陷阱填充极限电压（0.58 V）和陷阱密度（4.1×10¹⁵ cm⁻³）均低于对照（0.97 V，6.8×10¹⁵ cm⁻³）。TPV显示目标器件具有更长的光电压衰减时间（25.3 μs vs 17.5 μs），表明复合减少、电荷提取改善。
(a)在暗态下、VOC处测量的IPSC的奈奎斯特图，(b)电容-电压（C⁻²-V）图的莫特-肖特基拟合
EIS显示目标器件的复合电阻更高（7.1 vs 5.5 kΩ/cm²）。Mott-Schottky分析表明目标器件的内建电势从0.96 V提高到1.00 V。这些结果共同说明rGO处理通过化学钝化（含氧官能团与未配位Pb²⁺配位）抑制了界面复合，改善了能级排列和电荷提取。
(a) PSM在光照下的J-V曲线（反向扫描），(b) PSM的可重复性，(c)对照和目标PSC在1倍太阳光照射下、短路条件下连续光照浸泡，数据每10秒自动采集一次，(d)环境气氛中含对照和目标PSC的归一化效率
将rGO策略扩展到组件（9.2 cm²）后，目标组件的PCE为16.66 % （JSC=3.47 mA/cm²，VOC=5.84 V，FF=82 %），对照组为15.13 % （JSC=3.44 mA/cm²，VOC=5.34 V，FF=82%）。重复性测试显示目标组件的PCE主要分布在15%-16%，对照在13%-15%。
在稳定性方面 ，rGO钝化组件在MPPT下连续光照1300小时后保持了超过95%的初始效率，而对照在500小时后仅保持80%。在环境存储1400小时后，目标组件保持超过95%的初始效率，对照仅保持60%。这些结果证实了rGO处理在提高组件长期运行稳定性方面的显著效果。
本文通过在HTL/钙钛矿界面 引入rGO层 ，建立了一种简单有效的缺陷钝化策略。该策略在小面积器件（0.25 cm²）和大面积组件（9.2 cm²）中均有效。rGO处理改善了钙钛矿的结晶质量，减少了缺陷态密度 。多种表征手段（SEM、TRPL、SCLC、EIS、Mott-Schottky等）一致证实了缺陷抑制和界面优化效果。小面积器件最高效率达22.59%，组件效率达16.66%，并表现出优异的运行和环境稳定性。该策略成功应用于5×5 cm²迷你组件，为高效、稳定钙钛矿组件的开发提供了可行路径。
钙钛矿复合式MPPT测试仪
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原文参考：Interface engineering for stabilization of efficient perovskite mini-modules with over 1300 hr operational stability