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有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料具有可調(diào)的光學(xué)帶隙、高光吸收系數(shù)、低激子解離能等優(yōu)異光電特性，近年來在光伏領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用研究，但穩(wěn)定性一直是制約該技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的首要因素。由于鈣鈦礦材料具有軟晶格和高離子擴(kuò)散率特性，其內(nèi)部離子的移動、擴(kuò)散、氧化還原等過程相互影響，使器件降解機(jī)制極其復(fù)雜。因此，準(zhǔn)確探究電池的降解機(jī)理對解決其不穩(wěn)定性問題尤為重要。

針對這一關(guān)鍵問題，該研究團(tuán)隊通過實(shí)驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法，驗(yàn)證了鈣鈦礦器件的異質(zhì)界面處存在鹵化物擴(kuò)散平衡現(xiàn)象。基于菲克第二定律建立了離子擴(kuò)散模型，描述了器件老化過程中的離子擴(kuò)散動力學(xué)，解釋了實(shí)驗(yàn)觀察到的鹵化物分布現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，器件的光電轉(zhuǎn)換效率與鹵化物擴(kuò)散平衡之間存在較強(qiáng)的聯(lián)系，擴(kuò)散的鹵化物可以對傳輸層進(jìn)行化學(xué)摻雜，并將其電導(dǎo)率提高近100倍；同時形成非化學(xué)計量的鈣鈦礦表面，導(dǎo)致太陽能電池光伏效率的初始增強(qiáng)和長期損失。研究人員進(jìn)一步開發(fā)了一種預(yù)摻雜策略，在初始器件中達(dá)到鹵化物擴(kuò)散平衡，從而抑制進(jìn)一步的鹵化物擴(kuò)散，并提高鈣鈦礦器件的操作穩(wěn)定性。結(jié)果表明，所研制的鈣鈦礦器件光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)23.13%，且在連續(xù)光照600 h下保持穩(wěn)定的功率輸出。該工作為原子尺度理解鈣鈦礦太陽能電池的老化降解過程、獲得高效穩(wěn)定的鈣鈦礦光電器件開辟了新途徑。

華東理工大學(xué)為該論文的唯一通訊單位，第一作者為材料學(xué)院研究生李慶，通訊作者為侯宇教授和楊雙教授。該研究工作還得到了楊化桂教授的悉心指導(dǎo)，以及國家“萬人計劃”青年拔尖人才項(xiàng)目、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目等資金的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202202982

參考資料：https://clxy.ecust.edu.cn/2022/1025/c13595a149550/page.htm