日前，由北京理工大學(xué)材料學(xué)院陳棋教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)，與中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所等單位合作，創(chuàng)新性地揭示了鈣鈦礦薄膜材料初始均一性對(duì)薄膜及器件穩(wěn)定性的影響，相關(guān)研究工作以“Initializing Film Homogeneity to Retard Phase Segregation for Stable Perovskite Solar Cells”為題發(fā)表于11月18日Science雜志（Science 2022, 378, 747–754）。

　　近年來(lái)，基于有機(jī)——無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦的光電太陽(yáng)能電池器件的研究取得了飛速的發(fā)展，但是器件穩(wěn)定性仍是其產(chǎn)業(yè)化成敗的關(guān)鍵。陳棋教授團(tuán)隊(duì)發(fā)展了可用于模擬鈣鈦礦中離子遷移聚集行為的謝林模型，發(fā)現(xiàn)初始薄膜均一性的提升將顯著減緩器件老化速率（圖1）。以此為指導(dǎo)，研究人員通過(guò)在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中引入弱配位的添加劑硒酚，有效調(diào)控了溶液膠體環(huán)境，提升了薄膜均一性，并且在熱、光老化條件下，表現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性，從而有效阻礙了陽(yáng)離子聚集和物相分離。相關(guān)結(jié)論適用于混合陽(yáng)陰離子體系，為提高鈣鈦礦材料與光伏器件的穩(wěn)定性提供了新的思路。

　　從實(shí)驗(yàn)上探測(cè)添加劑中陽(yáng)陰離子（如硒酚）與鈣鈦礦的相互作用是驗(yàn)證上述謝林模型的關(guān)鍵。同步輻射X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜學(xué)（XAFS）是表征材料局域結(jié)構(gòu)的重要手段，但是在高亮度X射線照射下，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料會(huì)出現(xiàn)較大的輻射損傷效應(yīng)，使常規(guī)XAFS實(shí)驗(yàn)面臨挑戰(zhàn)。因此，北京同步輻射裝置的張靜研究團(tuán)隊(duì)提出利用已發(fā)展的快速掃描QXAFS實(shí)驗(yàn)技術(shù)（時(shí)間分辨~s）來(lái)監(jiān)測(cè)出現(xiàn)輻射損傷效應(yīng)的極限時(shí)間，以此為閾值來(lái)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能薄膜電池中關(guān)鍵元素近鄰結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)探測(cè)，從而揭示了高穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)來(lái)源（圖2）。

　　值得強(qiáng)調(diào)的是該工作的同步輻射數(shù)據(jù)獲取是在加速器和同步輻射兩個(gè)部門之間緊密配合下完成的?？紤]到用戶實(shí)驗(yàn)的重要性及數(shù)據(jù)獲取緊迫性，經(jīng)BEPC II運(yùn)行會(huì)協(xié)調(diào)，加速器中心和同步輻射聯(lián)動(dòng)合作，利用高能物理對(duì)撞取數(shù)的機(jī)器研究時(shí)間快速切換運(yùn)行模式，在1W1B-XAFS線站完成了同步輻射測(cè)試，為從原子層面理解太陽(yáng)能電池材料的高穩(wěn)定性機(jī)理提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

　　原位鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn3148

　　圖1. 鈣鈦礦薄膜相分離的理論計(jì)算和鈣鈦礦薄膜老化過(guò)程的謝林模型模擬。

　　圖2. 利用X射線吸收譜研究添加劑中陽(yáng)陰離子（如硒酚）對(duì)鈣鈦礦薄膜均一性的增強(qiáng)作用