多金属氧酸盐驱动的氧化还原策略抑制Pb0/I0缺陷实现高效稳定钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池(PSCs)在持续光照下易产生Pb0和I0缺陷，导致性能衰减。中国科学院团队创新性引入多金属氧酸盐(POMs)，利用其W5+/6+可逆氧化还原特性，动态消除Pb0/I0缺陷，使全无机CsPbI2Br电池效率提升至15.12%，混合型(Cs0.05MA0.05FA0.9)Pb(I0.93Br0.07)3电池达24.20%，器件在1500小时环境存储和200小时持续光照下保持优异稳定性，为商业化应用提供新思路。

　　

在新能源领域，钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其27%的认证效率被誉为"光伏新贵"，但其商业化进程始终被光稳定性问题掣肘。当阳光持续照射时，钙钛矿晶格中的碘离子会"叛逃"形成碘单质(I⁰)，这些"叛军"不仅自身会引发相分离，还会将二价铅(Pb²⁺)"策反"成金属铅(Pb⁰)，这些缺陷如同电路中的"路障"，严重阻碍电荷传输。更棘手的是，这种损伤在黑暗环境中也无法完全修复，最终导致电池性能"断崖式"下跌。

中国科学院团队独辟蹊径，从化学元素周期表中请来了"电子搬运工"——多金属氧酸盐(POMs)。这种由钨氧八面体构成的纳米级分子笼，其核心的钨原子具有"变色龙"般的变价特性(W⁵⁺?W⁶⁺)。研究人员设计的新型(CTA)₂(TBA)₂[NdPW₁₁O₃₉]材料，在钙钛矿薄膜中构建了动态修复系统：W⁶⁺将Pb⁰"氧化改造"回Pb²⁺，自己则变为W⁵⁺；而W⁵⁺又化身"碘捕手"，将游离的I⁰"驯服"为I^-并重新归位晶格。这种闭环反应如同微型"修复工厂"，持续清除光降解产物。

研究团队通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)确认POMs结构稳定性，X射线衍射(XRD)监测缺陷减少，瞬态荧光(TRPL)显示载流子寿命延长至238 ns。在碳基全无机CsPbI₂Br电池中，POMs将效率从13.21%提升至15.12%，且在85°C高温下经受750小时考验后仍保持90%初始效率。对于更复杂的(Cs_0.05MA_0.05FA_0.9)Pb(I_0.93Br_0.07)₃体系，效率更突破至24.20%，刷新同类器件纪录。

Results and discussion
电化学测试揭示POMs的氧化电位(0.42 V vs. Ag/AgCl)恰好介于Pb⁰/Pb²⁺(0.28 V)和I^-/I⁰(0.54 V)之间，形成完美"电子桥梁"。X射线光电子能谱(XPS)观察到W 4f_7/2峰位移，证实钨价态可逆变化。空间电荷限制电流(SCLC)测试显示陷阱密度降低两个数量级，器件Voc提升至1.28 V。

Conclusions
该研究开创性地将POMs的"电子海绵"特性应用于光伏领域，提出的氧化还原"分子手术"策略，不仅解决了Pb⁰/I⁰累积这一行业难题，更建立了"缺陷产生-动态修复"的闭环机制。这种"一石三鸟"的设计——同时抑制相分离、减少深能级缺陷、增强离子迁移能垒，为发展"自修复"光伏器件提供了普适性方案。论文发表于《Journal of Energy Chemistry》，通讯作者Jialong Duan指出，该技术可拓展至钙钛矿LED、探测器等领域，其模块化设计理念更为其他不稳定光电材料体系提供借鉴。