ACS Nano：通过分级消除表面碘空位实现高效稳定的FA₀.₉₅Cs₀.₀₅PbI₃单晶钙钛矿太阳能电池

来源：知光谷发布时间：2025-12-22 08:48:18

卤化物钙钛矿单晶在光伏领域极具潜力，但其表面碘缺陷严重制约了器件的效率与稳定性。

本研究济南大学刘念桥、曹丙强、山东大学钟宇和陈召来等人提出了一种分级表面缺陷管理策略，将生长工程与后修饰相结合，以消除深度依赖的碘空位。通过在亚稳区进行连续溶质补给的晶体生长，有效清除了微米级深度的碘空位；随后采用有机铵后处理进一步消除最表层残留空位。这种协同策略显著优化了载流子传输并抑制了非辐射复合，从而将单晶钙钛矿太阳能电池的效率从22.8%提升至25.5%。此外，对多方向碘离子迁移的抑制将器件在运行中保持90%初始效率的T₉₀寿命从200小时延长至1000小时。

该研究突显了分级碘空位管理在解决钙钛矿单晶表面问题中的关键作用，对发展高性能、多样化的光电器件（包括太阳能电池、X射线探测器、发光二极管和场效应晶体管）具有重要价值。

研究亮点：

创新提出“分级缺陷消除”策略：针对钙钛矿单晶表面碘空位分布深、难消除的问题，首次将“亚稳区连续补料生长”与“表层有机铵修饰”相结合，系统清除了从微米级深度到最表层的碘空位，实现了对表面缺陷的立体化修复。
效率与稳定性同步大幅提升：单晶钙钛矿太阳能电池效率从22.8%提升至25.5%，同时T₉₀工作寿命从200小时延长至1000小时，是目前报道中效率最高、稳定性最突出的单晶钙钛矿太阳能电池之一。
揭示并抑制多方向离子迁移机制：研究首次在单晶器件中观察到水平方向碘离子迁移并导致电极边缘腐蚀的现象，通过表面碘空位消除显著提高了离子迁移活化能（从0.36 eV增至0.52 eV），有效抑制了垂直与水平双方向的离子迁移，为理解并提升钙钛矿器件长期稳定性提供了新视角。