目前，鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)取得了重大突破，超過了26%，顯示出廣闊的應(yīng)用前景。然而，穩(wěn)定性問題仍然是限制其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。其中，在運行過程中，離子遷移被認(rèn)為是影響鈣鈦礦太陽電池穩(wěn)定性的主要原因，它會導(dǎo)致電池材料不可逆降解和電池性能衰退。 鑒于此，華北電力大學(xué)李美成教授團隊首次揭示了離子遷移與晶面之間的關(guān)系，并通過精細調(diào)控晶面取向?qū)崿F(xiàn)了對鈣鈦礦中離子遷移的抑制。該研究表明：(100)晶面相較于(111)晶面更容易發(fā)生陽離子遷移，而遷移差異的主要原因在于，(111)晶面中的陽離子遷移路徑與(100)晶面中的遷移路徑有所偏離，這增加了陽離子的遷移能壘，并在器件運行過程中削弱了電場對離子遷移的作用。通過反溶劑工程，成功制備了以 (111)取向為主的鈣鈦礦薄膜，并進一步將其應(yīng)用到電池中，獲得了26.0%的光電轉(zhuǎn)換效率，電池在3500小時運行后仍能保持95%的初始效率，展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。
圖1：不同晶面取向鈣鈦礦薄膜及相應(yīng)太陽電池的光電性能 圖2：不同晶面取向鈣鈦礦薄膜中離子遷移觀測 圖3：晶面相關(guān)的離子遷移機制 圖4：不同晶面取向鈣鈦礦薄膜與器件的穩(wěn)定性 該研究從晶面本征特性出發(fā)，首次揭示并證明了晶面相關(guān)的離子遷移現(xiàn)象，并從晶面調(diào)控角度切入，通過反溶劑工程策略制備出以(111)晶面主導(dǎo)的鈣鈦礦薄膜以及相應(yīng)鈣鈦礦太陽電池，為研究離子遷移基礎(chǔ)理論和增強電池器件穩(wěn)定性提供了新思路。 論文信息 Revealing and Inhibiting the Facet-related Ion Migration for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells Shujie Qu, Hao Huang, Jinhui Wang, Peng Cui, Yiyi Li, Min Wang, Liang Li, Fu Yang, Changxu Sun, Qiang Zhang, Pengkun Zhu, Yi Wang, Meicheng Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202415949
