促进晶界二次生长的稳定高效无机钙钛矿太阳能电池

针对无机CsPbIXBr3?X钙钛矿易受潮降解的难题，研究人员通过2-甲基硫代-2-咪唑啉氢碘酸盐（MTIH）界面后处理，诱导晶界二次生长，显著提升薄膜湿稳定性与热稳定性。该研究使器件效率提升至14.25%，并在高湿（75±5% RH）和高温（90℃）环境下保持89.78%初始效率，为无机钙钛矿太阳能电池（PSCs）商业化提供新策略。

　　

研究背景与意义
钙钛矿太阳能电池（PSCs）在十年间效率从3.8%跃升至27%，逼近硅基电池的26.81%纪录。然而，有机-无机杂化钙钛矿中的有机组分易受湿热降解，严重制约其商业化进程。全无机钙钛矿（如CsPbI₃）虽具热稳定性优势，但α相易在潮湿环境中转变为非光活性的δ相，而CsPbBr₃又因2.3 eV宽带隙限制效率提升。CsPbI₂Br凭借折中的带隙和稳定性成为理想候选，但其多晶薄膜的晶界缺陷仍导致性能劣化。华侨大学团队在《Renewable Energy》发表研究，通过创新界面工程策略破解这一瓶颈。

关键技术方法
研究采用溶液法制备CsPbI₂Br薄膜，关键创新在于使用2-甲基硫代-2-咪唑啉氢碘酸盐（MTIH）进行上界面后处理。通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）表征晶界演变，紫外光电子能谱（UPS）分析能级变化，并构建FTO/SnO₂/CsPbI₂Br/碳结构的器件验证性能。

研究结果
1. 材料稳定性提升机制
MTIH处理触发钙钛矿软晶格特性驱动的二次生长，使晶粒间距缩小至纳米级（图1a）。δ-CsPbI₂Br相均匀分散于α相基体中，形成"相锚定"效应，在75±5% RH和90℃环境下，薄膜降解速率降低83%。

2. 电学性能优化
费米能级提升0.21 eV，内建电势增强使开路电压（V_oc）从1.23 V增至1.31 V。二次生长形成的垂直晶界结构将电荷传输效率提升37%，器件效率从12.60%提升至14.25%。

3. 长期稳定性验证
在25±5% RH环境中存储1152小时后，MTIH处理器件仍保持89.78%初始效率，未处理组仅剩62%。高温高湿（58±5% RH, 90℃）加速老化实验显示，处理组薄膜颜色保持率超95%。

结论与展望
该研究通过MTIH诱导的晶界二次生长，同步解决了无机钙钛矿的湿稳定性与效率瓶颈。创新的"晶界愈合+δ相分散"双机制为其他卤化物半导体材料改性提供范式。Zhang Lan和Jihuai Wu团队指出，该方法与卷对卷生产工艺兼容，有望推动无机PSCs产业化进程。未来研究可探索MTIH衍生物对其他组分钙钛矿（如CsPbI₃或混合卤素体系）的普适性优化。