用于便携式可穿戴设备的高效全钙钛矿光伏电池：MPPT分析验证其长期稳定性

传统光伏供电电池（PVB）存在集成度低、难微型化等缺陷，而钙钛矿材料可兼顾太阳能电池光吸收层与电池正极功能，具备突破这些局限的潜力。本研究提出二碘乙基紫精（EVI?）双功能材料共享策略，使修饰后的钙钛矿太阳能电池（PSCs）实现 26.11 % 的功率转换效率PCE（1000小时仍保留 96.2 %），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。

又通过其衍生的 EVSnI?正极电池在 0.5 A g?? 电流密度下容量达 296.1 mAh g??（5 A g?? 循环 10000 次容量保留 89 %）最终构建的全钙钛矿基集成 PVB总效率18.54 %（柔性版17.62 %且光充放电循环稳定 ），还能以智能控制模式为可穿戴葡萄糖监测仪稳定供电 24 小时，充分彰显其在下一代便携式电子设备中的应用价值。

EVI?与钙钛矿的相互作用机制

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EVI?与钙钛矿的相互作用

研究发现，EVI?通过在钙钛矿表面形成修饰层（而非改变体相结构）发挥作用。XPS和DFT计算表明，EVI?的紫精基团与钙钛矿之间存在电子相互作用，导致钙钛矿表面Pb元素电子密度增加，并引起其能带结构变化（如CBM下移），这有利于界面电荷提取。KPFM测量证实EVI?修饰使钙钛矿表面电势分布更均匀。这些电子结构的优化显著抑制了非辐射复合（PL寿命从223.5 ns延长至457.4 ns）并降低了缺陷态密度（陷阱填充极限电压从0.56 V降至0.31 V），为高性能PSC奠定了基础。

钙钛矿光伏性能

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钙钛矿太阳能电池（PSC）的光伏性能

基于上述修饰策略，研究构建了p-i-n 结构的钙钛矿太阳能电池（以 C??为电子传输层、p 型有机小分子为空穴传输层），关键性能如下：

最优电池的功率转换效率（PCE）达 26.11 %，具体参数为：短路电流密度26.17 mA cm??、开路电压1.186 V、填充因子84.12 %；且电池滞后效应小，正向扫描 PCE 为 25.82 %，经认证的最大功率点跟踪（MPPT）效率达 25.43%；

稳定性表现突出：按 ISOS-L-1 协议（连续 1 个太阳光照）测试，1000 小时后仍保留 96.2% 的初始效率，而未修饰电池800 小时后仅保留 83.2%；按更严苛的 ISOS-L-3 协议测试，1000 小时后效率保留率为 93.7%，未修饰电池仅 76.2%；光开关循环测试（12 小时光照 / 12 小时黑暗，共 30 循环、720 小时）中，EVI?修饰电池效率仅损失 2%，未修饰电池则衰减 11%。

EVSnI?正极的电化学性能

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可充电电池的电化学性能

在电池方面，研究通过将Sn??引入EVI?，合成了具有一维有机-无机杂化结构的EVSn?I?钙钛矿类阴极材料。该材料表现出优异的空气稳定性和抗氧化能力（Sn?? 不易被氧化）。理论计算表明，其表面对I?、I??、I??等碘物种具有强吸附能，能有效抑制多碘化物穿梭效应。电化学测试显示，EVSn?I?阴极可进行基于EV? / EV? / EV??和I? / I? / I?的多电子可逆氧化还原反应，极化小，平均电压高（2.98 V）。其倍率性能优异（0.5 A g??下容量296.1 mAh g??，5 A g??下仍保持212.4 mAh g??），更在5 A g??的高倍率下循环10,000次后仍保持89 %的容量，每圈容量衰减率仅0.0011 %。

光伏供电电池性能

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全钙钛矿基光伏供电电池（PVB）的性能

为实现“太阳能 - 电能 - 化学能”的一体化转换与存储，研究将4个子电池串联的钙钛矿微模块（效率23.60 %, VOC=4.41 V）与EVSn?I?电池集成，构建了全钙钛矿PVB。其中，PSC的银电极连接电池阳极，ITO电极连接电池阴极，并用PET薄膜隔离电解液。该刚性PVB在1sun光照下进行光充电-恒流放电循环100次，整体能量转换效率达18.54 %且非常稳定。柔性PVB电池（基于PEN基底）的整体能量转换效率也达17.62 %，并在1000次弯曲（半径8mm）后仍保持优异的机械耐久性和性能。电池在-20°C和40°C环境下也能正常工作。通过集成智能充电保护板，柔性PVB成功为商用连续葡萄糖监测仪提供了24小时不间断电源，并在阳光、室内光和黑暗环境下均展现了稳定的工作能力。

本研究的核心创新在于“双功能材料共享”策略：通过 EVI?同时优化钙钛矿太阳能电池的电荷传输效率和可充电电池的正极稳定性，最终突破了传统光伏供电电池 “集成难、稳定性差” 的瓶颈。从性能指标来看，无论是钙钛矿太阳能电池的 26.11% PCE（1000 小时稳定性 96.2 %）、EVSnI?电池的 10000 次循环稳定性，还是集成 PVB的 18.54%整体能量转换效率，均处于同类研究的领先水平；而柔性电池的实际应用（供电葡萄糖监测仪），则为便携式、可穿戴电子设备的 “无绳化供能” 提供了切实可行的方案。

美能钙钛矿最大功率点追踪 MPPT

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美能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：Highly efficient all-perovskite photovoltaic powered battery with dual-function viologen for portable electronics

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