ACS Nano：通過分級消除表面碘空位實現高效穩定的FA?.??Cs?.??PbI?單晶鈣鈦礦太陽能電池

鹵化物鈣鈦礦單晶在光伏領域極具潛力，但其表面碘缺陷嚴重制約了器件的效率與穩定性。

本研究濟南大學劉念橋、曹丙強、山東大學鐘宇和陳召來等人提出了一種分級表面缺陷管理策略，將生長工程與后修飾相結合，以消除深度依賴的碘空位。通過在亞穩區進行連續溶質補給的晶體生長，有效清除了微米級深度的碘空位；隨后采用有機銨后處理進一步消除最表層殘留空位。這種協同策略顯著優化了載流子傳輸并抑制了非輻射復合，從而將單晶鈣鈦礦太陽能電池的效率從22.8%提升至25.5%。此外，對多方向碘離子遷移的抑制將器件在運行中保持90%初始效率的T??壽命從200小時延長至1000小時。

該研究突顯了分級碘空位管理在解決鈣鈦礦單晶表面問題中的關鍵作用，對發展高性能、多樣化的光電器件（包括太陽能電池、X射線探測器、發光二極管和場效應晶體管）具有重要價值。

研究亮點：

1. 創新提出“分級缺陷消除”策略：針對鈣鈦礦單晶表面碘空位分布深、難消除的問題，首次將“亞穩區連續補料生長”與“表層有機銨修飾”相結合，系統清除了從微米級深度到最表層的碘空位，實現了對表面缺陷的立體化修復。

2. 效率與穩定性同步大幅提升：單晶鈣鈦礦太陽能電池效率從22.8%提升至25.5%，同時T??工作壽命從200小時延長至1000小時，是目前報道中效率最高、穩定性最突出的單晶鈣鈦礦太陽能電池之一。

3. 揭示并抑制多方向離子遷移機制：研究首次在單晶器件中觀察到水平方向碘離子遷移并導致電極邊緣腐蝕的現象，通過表面碘空位消除顯著提高了離子遷移活化能（從0.36 eV增至0.52 eV），有效抑制了垂直與水平雙方向的離子遷移，為理解并提升鈣鈦礦器件長期穩定性提供了新視角。

Efficient and Stable FA0.95Cs0.05PbI3 Single-Crystal Perovskite Solar Cells via Hierarchical Elimination of Surface Iodide Vacancies

Ning Li, Nianqiao Liu, Changke Jiang, Hailong Liu, Yu Zhong, Bingqiang Cao, and Zhaolai Chen

ACS Nano Article ASAP

DOI: 10.1021/acsnano.5c14846

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c14846?ref=pdf

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