界面优化与成分调控重塑钙钛矿电池未来！

【研究背景】

随着钙钛矿太阳能电池技术的快速发展，钙钛矿因其优异的光电特性和较低的制造成本成为了研究热点。然而，钙钛矿太阳能电池在性能和稳定性上存在显著的空间异质性和电荷传输损失等问题，这限制了其商业化应用。

为了解决这一挑战，英国剑桥大学Miguel Anaya & Samuel D. Stranks团队提出了多模态原位显微镜技术，能够在操作条件下测量完整设备的光电特性和化学成分。这项技术结合了电压依赖的光致发光显微镜和同步辐射X射线纳米探针荧光，揭示了微观成分分布对设备性能的影响。

研究结果表明，具有较低功率转换效率（PCE）无序的设备与较高的初始性能相关，并在加速操作应力下表现出更好的稳定性。通过工程稳定的界面和均匀化电荷提取，研究者们实现了对设备性能的显著提升。这些发现不仅加深了对钙钛矿太阳能电池性能退化机制的理解，也为未来的材料设计和设备优化提供了重要的理论依据。。

【表征解读】

本文通过多种先进的表征手段，深入研究了钙钛矿太阳能电池的性能及其微观机制。首先，使用X射线衍射（XRD）仪器获得了样品的晶体结构信息，揭示了钙钛矿材料在不同合成条件下的相变特征。这一发现为理解材料的结构稳定性和光电性能奠定了基础。通过对不同配比的前驱体进行分析，研究者进一步探讨了相应的晶体生长机制及其对器件性能的影响。

此外，本文采用扫描电子显微镜（SEM）对钙钛矿薄膜的表面形貌进行了观察，结果显示，在特定的合成条件下，薄膜表面具有更均匀的颗粒分布，这对于提高光吸收效率和减少缺陷密度至关重要。结合光致发光（PL）测量，研究者发现材料在光照下的激发态行为，进而揭示了载流子复合过程的微观机理。这些实验结果指向了提高器件性能的潜在途径。

在此基础上，本文还进行了高光谱操作的发光显微镜分析，量化了不同电压下的光致发光强度，揭示了电压对载流子分布和复合行为的影响。通过这种电压依赖的PL测量，研究者成功地提取了准费米能级分裂信息，为理解钙钛矿材料在工作状态下的载流子动力学提供了重要数据。

最终，综合使用上述表征手段的结果，研究者成功制备了新型钙钛矿材料，这些材料展现出更优异的光电性能。本文的研究不仅深化了对钙钛矿太阳能电池微观机制的理解，还推动了高效钙钛矿光电材料的开发，为未来的太阳能转化技术进步奠定了重要基础。

【图文速递】

图1: 器件动态现场原位显微镜显示了双阳离子双卤化物double-cation double-halide，DCDH太阳能电池性能，甚至可以容忍显著的空间光电和化学不均匀性。

图2: 在双阳离子双卤化物DCDH钙钛矿太阳能电池的微观电流-电压current–voltage，JV曲线中，在扩展操作之后，性能的局部降低是明显的。

图3: 双阳离子双卤化物DCTH钙钛矿太阳能电池上的多峰显微镜显示发器件稳定性降低，微观相分离增加。

图4: 界面化学和空间功率转换效率power conversion efficiency，PCE无序预测混合阳离子、混合卤化物钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。

【科学启迪】

界面优化被确立为提升设备长期稳定性的首要任务。通过改善钙钛矿与接触层的界面质量，可以显著减少退化风险，这一发现提示我们在材料设计中应更加注重界面工程。其次，局部光学功率转换效率（PCE）无序被证实是影响设备性能和稳定性的另一个关键因素，表明优化成分和界面化学可以有效提升光电性能。

此外，研究还强调了原位显微镜技术在揭示设备退化机制中的重要性。通过微观层面的多模态测量，可以深入理解不同材料成分和结构对光电特性的影响，从而为材料的改进提供指导。这一方法不仅适用于钙钛矿材料，还可以推广至其他无序半导体材料，开辟出新的研究方向和应用潜力。

原文详情：Frohna, K., Chosy, C., Al-Ashouri, A. et al. The impact of interfacial quality and nanoscale performance disorder on the stability of alloyed perovskite solar cells. Nat Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01660-1