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有機無機雜化鈣鈦礦材料具有可調的光學帶隙、高光吸收系數、低激子解離能等優異光電特性，近年來在光伏領域得到廣泛的應用研究，但穩定性一直是制約該技術商業化發展的首要因素。由于鈣鈦礦材料具有軟晶格和高離子擴散率特性，其內部離子的移動、擴散、氧化還原等過程相互影響，使器件降解機制極其復雜。因此，準確探究電池的降解機理對解決其不穩定性問題尤為重要。

針對這一關鍵問題，該研究團隊通過實驗和理論相結合的方法，驗證了鈣鈦礦器件的異質界面處存在鹵化物擴散平衡現象。基于菲克第二定律建立了離子擴散模型，描述了器件老化過程中的離子擴散動力學，解釋了實驗觀察到的鹵化物分布現象。研究發現，器件的光電轉換效率與鹵化物擴散平衡之間存在較強的聯系，擴散的鹵化物可以對傳輸層進行化學摻雜，并將其電導率提高近100倍；同時形成非化學計量的鈣鈦礦表面，導致太陽能電池光伏效率的初始增強和長期損失。研究人員進一步開發了一種預摻雜策略，在初始器件中達到鹵化物擴散平衡，從而抑制進一步的鹵化物擴散，并提高鈣鈦礦器件的操作穩定性。結果表明，所研制的鈣鈦礦器件光電轉換效率可達23.13%，且在連續光照600 h下保持穩定的功率輸出。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、獲得高效穩定的鈣鈦礦光電器件開辟了新途徑。

華東理工大學為該論文的唯一通訊單位，第一作者為材料學院研究生李慶，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，以及國家“萬人計劃”青年拔尖人才項目、國家優秀青年科學基金項目等資金的支持。

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