综述:面向稳定的宽带隙钙钛矿太阳能电池:降解机制与缓解策略的综合评述

【字体: 时间:2025年08月13日 来源:Materials Today Energy 8.6

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  (编辑推荐)本综述系统探讨了宽带隙(WBG,Eg>1.6 eV)钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光致卤化物相分离机制,聚焦添加剂工程、组分工程、低维及全无机钙钛矿等稳定策略,为突破多结叠层电池(TSC)效率极限提供理论模型指导,同时权衡了效率与稳定性的协同优化路径。

  

机制与挑战:宽带隙钙钛矿的相分离之谜

溴碘混合卤化物钙钛矿(AB(I1–xBrx)3)在x>0.2时易发生光致卤化物相分离,形成低带隙碘富集域和高带隙溴富集域,导致非辐射复合中心增加和开路电压(VOC)衰减。这一现象源于晶格应变与离子尺寸失配引发的热力学混溶间隙,而极化子模型和载流子局域化理论为解释其动力学过程提供了重要视角。

稳定化策略:从理论到实践

添加剂工程:硫氰酸根(SCN)等伪卤素离子通过调控Pb-I框架成核,提升薄膜结晶度;组分工程:混合阳离子(FA/Cs)和卤素梯度设计可缓解晶格应变;低维钙钛矿:二维/三维异质结构通过量子限域效应抑制离子迁移;全无机钙钛矿:CsPbBr3虽规避有机组分挥发,但面临相稳定性挑战。

应用前景:效率与稳定性的博弈

宽带隙钙钛矿在叠层电池(2-T/4-T TSC)中展现34.9%的纪录效率,但光致相分离导致效率-稳定性权衡。当前,添加剂和组分工程路线效率领先(>20%),而低维和全无机体系仍需突破结晶动力学限制。未来,界面钝化与缺陷工程或成解决非辐射复合的关键。

未解之谜与新兴方向

尽管通过应变调控和钝化策略已实现部分稳定性提升,但原子尺度的相分离机制仍需深究。半透明光伏建筑一体化(BIPV)和弱光室内应用为宽带隙钙钛矿提供了差异化发展路径,而机器学习辅助的材料设计有望加速稳定化探索。

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