近日，國際知名學(xué)術(shù)期刊《Energy & Environmental Science》（IF=32.5）以“Photomechanically accelerated degradation of perovskite solar cells”為題，在線報道了我校材料科學(xué)與工程學(xué)院清潔能源材料與器件團(tuán)隊在鈣鈦礦光伏穩(wěn)定性領(lǐng)域的最新研究成果。

鈣鈦礦太陽能電池的認(rèn)證功率轉(zhuǎn)換效率已超過26%，但該技術(shù)的應(yīng)用仍然面臨器件穩(wěn)定性的限制。軟晶格是鈣鈦礦材料的一個基本特性，導(dǎo)致其在環(huán)境應(yīng)力（例如光照、電場和高溫）下發(fā)生顯著的動態(tài)結(jié)構(gòu)演變，并且可以體現(xiàn)為許多獨特的動態(tài)特性，包括巨大的光致伸縮、電致伸縮和熱膨脹率。但是，鈣鈦礦的晶格特性和器件穩(wěn)定性之間的關(guān)系仍然不清晰。

圖1. 鈣鈦礦薄膜中的光致伸縮現(xiàn)象及其加速退化效應(yīng)

針對上述關(guān)鍵問題，研究團(tuán)隊通過實驗和理論相結(jié)合的方法，研究了光致伸縮效應(yīng)對鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性的影響，率先提出了光致伸縮加速鈣鈦礦薄膜降解的新機制。研究發(fā)現(xiàn)，由光照明驅(qū)動的晶格膨脹控制著鈣鈦礦薄膜降解動力學(xué)，光照下的動態(tài)晶格演變造成了鈣鈦礦晶粒在晶界附近局部應(yīng)變的積累，加速了晶界區(qū)域的缺陷形成，進(jìn)而作為初始降解位點造成了鈣鈦礦電池的性能損失。為此，研究人員使用反式聚異戊二烯作為鈣鈦礦薄膜的緩沖材料，緩解了晶界處的光機械損傷。所研制的鈣鈦礦器件光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)25%，并且在連續(xù)光照1000小時后保持穩(wěn)定的功率輸出，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。該工作強調(diào)了動態(tài)晶格變形在鈣鈦礦薄膜分解中的重要作用，并將為進(jìn)一步提高太陽能電池的本征穩(wěn)定性開辟新的可能性。

我校為該論文的唯一通訊單位，第一作者為材料學(xué)院博士研究生王浩男，通訊作者為楊雙教授、侯宇教授和靳海寶教授，并得到楊化桂教授的悉心指導(dǎo)。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)等項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D4EE04878D