全新视角Nat. Energy：揭秘导致钙钛矿太阳能电池运行机摇性着落的全新关键因素

一、【迷信布景】

钙钛矿太阳能电池（PSCs）在取患上清晰造诣的视角素质同时，在运行机摇性方面依然存在良多下场，揭键因这限度了它的秘导财富化睁开。钻研表明，致钙着落金属卤化物钙钛矿中存在的钛矿太阳挪移离子已经被证实会对于PSCs的固有晃动性组成有害影响。尽管处置晃动性下场不断是池运钙钛矿钻研职员的主要使命，但在某种水平上，行机学界依然缺少定量表征的摇性试验措施合成挪移离子引起的PSCs的降解损失，从而克制PSCs晃动性差的料牛缺陷。侥幸的全新是，有钻研判断了挪移离子诱惑的视角素质功能损失对于器件功能会组成影响，并表明挪移离子的揭键因存在会导致PSCs的功能损失。这些离子诱惑器件功能损失的秘导潜在机制是挪移离子会向钙钛矿输运层界面挪移，进而导致场屏障以及电荷提取功能飞腾。致钙着落在此根基上，需要进一步深入品评辩说离子诱惑对于PSCs晃动性的影响。

二、【立异下场】

近期，香港中文大学Martin Stolterfoht教授散漫差距地域多个学校的科研使命者配合揭示了挪移离子诱惑的场屏障效应是导致PSCs降解的主要因素。钻研职员判断了在外部压力存在的情景下，一系列差距钙钛矿太阳能电池的挪移离子诱惑的降解损失会对于总降解损失组成关键影响。详细而言，钻研职员运用差距扫描速率下的电流密度与电压妨碍丈量，证明了晃动性损失与可挪移离子的行动以及挪移离子密度（n_ION）的削减直接相关，而n_ION在钙钛矿太阳能电池的初始功能损失中占主导位置。削减的n_ION导致稳态功率转换功能（PCE）大幅着落，钻研职员将这一服从归因于场屏障的削减。钻研还表明，界面复并吞不随着电池老化而削减，但开路电压（VOC）以及准费米能级割裂（QFLS）之间的不立室性越来越大，这也可能归因于打仗地域中n_ION的削减。因此，钙钛矿太阳能电池的早期老化阶段由不断削减的n_ION主导。这项使命建树了挪移离子在PSCs器件的降解历程中发挥熏染的关键见识，为预料钙钛矿器件的临时晃动性提供了参考。

钻研职员以钙钛矿主体质料Cs_0.05(FA_0.83MA_0.17)_0.95Pb(I_0.83Br_0.17)₃妄想了钙钛矿电池，并钻研了光照条件下，钙钛矿电池的降解功能。在光致老化历程中，如图1a所示，在差距的开路电压映射光阴下，慢扫描速率下具备晃动的J-V曲线。图1b展现了差距的配置装备部署参数是若何随着老化光阴变更的。在电池中，随着光阴的推移，短路电流密度损失的削减主导了降解损失。

图1光照下钙钛矿太阳能电池的降解；© The Author(s) 2024

图2 判断老化引起的三阳离子钙钛矿太阳能电池的离子损失；© The Author(s) 2024

如图2所示，挪移离子的存在依然会影响稳态功率转换功能，这取决于它们在全部装置以及界面处的扩散以及积攒。可能看出，功能损失在很大水平上与离子解冻稳态电流输入的急剧损失无关。稳态功能随着老化光阴削减而清晰着落，电池老化的主要损失时制在较慢的光阴尺度上加倍清晰。

图3试验操作条件下的离子损失；© The Author(s) 2024

如图3所示，钻研职员发现离子损失出如今更晃动的钙钛矿系统中，在跟踪晃动功率输入逾越1630小时后，该系统的PCE着落到21%摆布。值患上留意的是，PCE在约莫50小时后削减到23.5%，这象征着审核到的降解损失可归因于离子损失。

图4试验操作条件下的离子损失；© The Author(s) 2024

图4表明，削减的n_ION导致电池罗致层外部电场的屏障增强，导致电荷提取功能不断飞腾。离子损失削减的另一种可能批注是，钙钛矿/输运层界面的降解具备更高的复合速率。复合速率的削减导致稳态PCE飞腾，峰值畅通削减。可是，与n_ION削减的情景相同，离子解冻PCE在快捷扫描速率下也会着落。在经由详尽的钻研后，钻研职员清扫了界面复合速率削减的可能性后发现，挪移离子密度（n_ION）的削减彷佛可能是审核到的老化引起损失的根基原因。

图5老化引起的离子损失与离子密度的关连；© The Author(s) 2024

图5表明，随着照明光阴的缩短，外部丈量电流大大增强。离子种类与卤化物空地不同，因此，这些丈量将瞬态电荷提取与扫描速率相关的J-V服从分割起来。纵然在光照的第一个小时内，n_ION也清晰削减。随后的钻研更进一步证明了n_ION随老化光阴的削减而削减。

图6离子电流斲丧的降解历程以及原因；© The Author(s) 2024

钻研职员表明，挪移离子诱惑的功能损失主导了早期降解损失，而且基于种种丈量，将这些增强的离子损失归因于老化时离子密度的削减。图6的钻研使命表明：(1) 短路电流密度以及填充因子中的离子损失归因于挪移离子行动引起的场筛选效应；(2) 开路电压以及准费米能级割裂失配引起的损失，这可能也是由挪移离子引起的损失；(3) 损失还来自于其余尚未判断的损失历程。

该钻研证明了挪移离子诱惑的外部场屏障是钙钛矿太阳能电池功能着落的主要因素。经由高速扫描丈量技术，可能分辨说子挪移引起的功能损失以及其余因素导致的损失，为钙钛矿太阳能电池的晃动性评估提供了新措施。相关钻研以“Ion-induced field screening as a dominant factor in perovskite solar cell operational stability”为题宣告在国内顶级期刊Nature energy上。

三、【迷信开辟】

综上所述，该使命钻研了在差距外部压力下，挪移离子对于钙钛矿太阳能电池老化功能进化的影响，重点钻研了在光致进化中，审核到的功能损失眼前深条理的机制。钻研职员揭示了一个关键的降解机制，作为外在的主要因素，即早期降解，这在从前不被钻研职员清晰地识别，即挪移离子诱惑的场屏障。这种降解损失彷佛比在部份以及界面处削减的陷阱辅助重组更紧张。

文献链接：Ion-induced field screening as a dominant factor in perovskite solar cell operational stability，2024，https://doi.org/10.1038/s41560-024-01487-w）

本文由LWB供稿。