近日，国际知名学术期刊《先进能源材料》（Adv. Energy Mater.，IF=29.698）以“Halide diffusion equilibrium and its impact on efficiency evolution of perovskite solar cells”为题，在线报道了我校材料学院清洁能源材料与器件团队在有机无机杂化钙钛矿光伏领域的最新研究成果。
有机无机杂化钙钛矿材料具有可调的光学带隙、高光吸收系数、低激子解离能等优异光电特性，近年来在光伏领域得到广泛的应用研究，但稳定性一直是制约该技术商业化发展的首要因素。由于钙钛矿材料具有软晶格和高离子扩散率特性，其内部离子的移动、扩散、氧化还原等过程相互影响，使得器件降解机制极其复杂。因此，准确探究电池的降解机理对解决其不稳定性问题尤为重要。
针对这一关键问题，该研究团队通过实验和理论相结合的方法，验证了钙钛矿器件的异质界面处存在卤化物扩散平衡现象，基于菲克第二定律建立了离子扩散模型，描述了器件老化过程中的离子扩散动力学，解释了实验观察到的卤化物分布现象。研究发现，器件的光电转换效率与卤化物扩散平衡之间存在较强的联系，扩散的卤化物可以对传输层进行化学掺杂，并将其电导率提高近100倍；同时形成非化学计量的钙钛矿表面，导致太阳能电池光伏效率的初始增强和长期损失。研究人员进一步开发了一种预掺杂策略，在初始器件中达到卤化物扩散平衡，从而抑制进一步的卤化物扩散，并提高钙钛矿器件的操作稳定性。结果表明，所研制的钙钛矿器件光电转换效率可达23.13%，且在连续光照600 h下保持稳定的功率输出。该工作为原子尺度理解钙钛矿太阳能电池的老化降解过程、获得高效稳定的钙钛矿光电器件开辟了新途径。
我校为该论文的唯一通讯单位，第一作者为材料学院研究生李庆，通讯作者为侯宇教授和杨双教授。该研究工作还得到了杨化桂教授的悉心指导，以及国家“万人计划”青年拔尖人才项目、国家优秀青年科学基金项目等资金的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202202982