A 位阳离子混合是提升有机 - 无机杂化钙钛矿太阳能电池稳定性与性能的有效手段。西南石油大学章文峰和李海进等人的研究发现,尽管甲胺离子(MA⁺)、甲脒离子(FA⁺)和铯离子(Cs⁺)是该领域最常用的 A 位阳离子,但它们在室温下热力学不稳定,易从 α 相结晶转变为 δ 相;而铷离子(Rb⁺)虽能促进钙钛矿薄膜生长,其较小的离子半径却会抑制钙钛矿相形成。
为解决上述问题,团队提出一种组分调控策略:在甲脒(FA)、甲胺(MA)、铯(Cs)、铷(Rb)四元阳离子体系基础上,引入半径更大的二甲基铵阳离子(DMA⁺),构建五元阳离子钙钛矿体系。研究表明,DMA⁺可有效补偿 Rb⁺的尺寸缺陷,维持钙钛矿晶格平均容忍因子稳定,同时实现精准调控钙钛矿结晶取向、促进晶粒生长;此外,该协同作用还能降低薄膜内部缺陷态密度,抑制离子迁移行为。
最终,基于该 A 位五元阳离子工程制备的最优器件,光电转换效率达 23.69%,较 22.60% 的基准值显著提升;其短路电流密度(Jsc)、开路电压(Voc)与填充因子(FF)实现同步优化。此外,稳定性测试显示,未封装器件在 65℃、相对湿度 35±5% 的空气环境中老化 1000 小时后,仍可保留约 84% 的初始效率,展现出优异的环境稳定性与工作稳定性,充分凸显了该策略在实际应用中的巨大潜力。
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