在多种色温的室内照明条件下，通过带隙工程实现高效钙钛矿太阳能电池的性能优化

《Materials Advances》：Bandgap engineering for efficient perovskite solar cells under multiple color temperature indoor lighting

　　钙钛矿室内光伏（PIPVs）作为一种变革性技术，正在低光照强度能量收集领域崭露头角，这得益于其高功率转换效率（PCE）、低成本制造、可溶液处理性以及可调的带隙组成。在这项工作中，研究人员通过化学工程手段制备了不含甲铵的CsxFA1?xPb(I1?yBry)3钙钛矿吸收剂，使其带隙分别达到1.55、1.72和1.88电子伏特，从而实现了与室内照明光谱响应的匹配。基于可扩展的n–i–p结构的器件在白光LED照明下进行了系统评估，评估范围涵盖了相关色温（3000–5500 K）和光照强度（250至1000勒克斯），活性面积为1平方厘米。其中1.72电子伏特的组合物在不同光照强度和颜色下表现最为出色，在1000勒克斯时达到35.04%的PCE，在250勒克斯时达到36.6%的PCE，并且器件稳定运行时间超过2000小时。另一方面，1.88电子伏特带隙的变体在250勒克斯（5500 K）下达到了37.4%的峰值PCE；然而，在不同颜色的LED光照下观察到了性能上的权衡。我们结合实验和理论的光电模拟表明，减少宽带隙组合物中的陷阱辅助复合现象可能进一步提升PIPVs在不同光照条件下的性能。相比之下，1.55电子伏特带隙的器件在这些条件下表现不佳，这是由于光谱重叠和利用效率不佳所致。这些发现确立了带隙优化和器件结构作为高效、稳定PIPVs的关键设计原则，推动了它们在自供电电子系统和创新室内环境中的集成。

引言

钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为光伏领域的一项变革性技术，因其显著的功率转换效率（PCE）提升而受到广泛关注，在标准室外太阳光照下PCE已达到27%。除了室外应用外，PSCs也越来越被认为是室内光伏（IPVs）的可行候选者，这得益于其可调的能量带隙（Eg）、高比功率输出以及异常高的吸收系数。这种适应性使得它们能够在各种室内照明条件下有效收集能量，包括发光二极管（LED）灯和紧凑型荧光灯（CFLs）。然而，值得注意的是，适用于室内照明条件的Shockley–Queisser（SQ）极限与室外条件下的极限（约33%）不同，后者对应于1.34电子伏特的带隙。对于IPVs来说，SQ极限超过了50%，需要Eg在1.7–2.0电子伏特范围内，以匹配室内照明的窄带发射光谱。钙钛矿室内光伏（PIPVs）在这种照明条件下的高PCE为多种应用提供了可能，包括为物联网（IoT）设备、无线传感器、可穿戴健康监测器和智能家居执行器供电。实现1.7–2.0电子伏特最佳Eg的一个有前景的策略是通过化学工程手段调整ABX3钙钛矿结构中的X位点。许多研究集中在改变溴含量（即钙钛矿组成中的碘化物与溴化物比例）上，结果在1000勒克斯的室内LED照明下获得了27%的PCE（Eg为1.61电子伏特）和33%的PCE（Eg为1.77电子伏特）。另一种实用的方法涉及界面工程，旨在通过表面和体相钝化方法减少缺陷，据报道PCE超过了40%。特别是，Eg为1.71电子伏特的钙钛矿IPVs的PCE达到了44.72%。然而，这些卓越的PCE结果是在小面积器件（0.09–0.1平方厘米）上实现的，因此强调了将活性面积扩大到≥1平方厘米对于实际IPV应用的必要性，这将提供足够的功率输入以有效驱动外部设备。此外，大多数先前的研究涉及的钙钛矿含有高度挥发性的A阳离子（包括上述的甲铵），虽然这有助于拓宽材料的Eg范围，但会降低器件的稳定性。此外，现有的关于PIPVs的文献主要集中在p–i–n器件配置上，这种配置在室外和室内照明下都展示了高且稳定的认证PCE。然而，缺乏强有力的证据表明这种配置（p–i–n）是PIVs工业化的可行解决方案，特别是与n–i–p器件配置的可扩展性相比，后者使用了可扩展、成本效益高且环保的氟掺杂氧化锡（FTO）透明电极和二氧化钛（TiO2）电子传输层。相比之下，p–i–n器件使用的是氧化铟锡（ITO），尽管它存在各种限制，包括成本、热稳定性和铟的毒性。此外，先前对钙钛矿IPVs的广泛表征和测试主要使用的是暖白光LED（WLED）（3000 K）。同时，室内环境通常包含多种照明条件。因此，评估PIPVs在各种色温下的性能对于确保其在室内环境中的持续有效性至关重要。白光LED因其效率和寿命长而被广泛用作主要的室内光源。它们的色温（CT）范围从暖色（2700–3500 K）到中性色（3500–4500 K）再到冷色（高于4500 K）。暖光倾向于表现出红移，而冷光则表现出蓝移。这些光谱变化本质上会影响任何光伏器件的性能，包括钙钛矿IPVs。

本研究调查了通过改变金属卤化物钙钛矿材料中的碘化物与溴化物（I/Br）比例来调节Eg（1.55电子伏特、1.72电子伏特和1.88电子伏特）对室内照明条件下光伏性能的影响。为了提高稳定性并避免使用挥发性A阳离子，优化了一种不含甲铵（MA）的钙钛矿配方，该配方使用铯（Cs）和甲脒（FA）作为A阳离子。这种方法之前尚未用于PIPV应用，尽管它已经在室外太阳光照下展示了稳定的PSCs结果。研究进一步包括了在3000 K、4000 K和5500 K的相关色温下使用WLED照明，并在不同光照强度下探索入射光谱和钙钛矿Eg的影响。通过全面的光学全波电磁模拟、电漂移-扩散建模以及基于Shockley–Queisser极限的详细分析，建立了一个理论框架，涵盖了Eg、CT和光照强度的范围。这种多方面的方法提供了关于在不同照明条件下限制PIPVs室内PCE的物理机制的重要见解。结合实验和模拟结果强调了优化PSC设计以实现各种室内环境下一致高PCE的必要性。通过精确调节I/Br比例将钙钛矿Eg调整到1.88电子伏特，在250勒克斯和5500 K的照明下获得了37.4%的稳定室内PCE，这在使用可扩展且稳定的n–i–p器件配置的情况下是迄今为止在PIVs领域中较少探索的。此外，还采用了一系列表征技术来阐明优化材料和器件的关键形态学、组成、电学和光学特性。

结果与讨论

为了建立一个关于钙钛矿组成和器件配置的稳健基线，重点关注长期稳定性和扩展潜力，本研究集中在长期稳定的甲脒-铯基钙钛矿组成以及n–i–p介观PSCs（即FTO/c-TiO2/m-TiO2/CsxFA1?xPb(I1?yBry)3/SpiroOMeTAD/Au，其中x = 0.10–0.15和y = 0.02–0.85）。图中S1和S2展示了具有不同CT和强度的白光发光二极管（LEDs）的发射光谱，以及本研究中使用的光谱功率辐照度。通过改变I/Br比例，系统地收集和分析了光致发光（PL）光谱，以确定这些混合卤化物钙钛矿的Eg。如图1a所示，FA0.90Cs0.10Pb(I0.98Br0.02)3薄膜的发射峰波长约为800纳米，对应于1.55电子伏特的Eg。随着溴含量的增加，FA0.85Cs0.15Pb(I0.55Br0.45)3和FA0.85Cs0.15Pb(I0.15Br0.85)3薄膜的发射峰分别位于720纳米和662纳米，对应的带隙分别为1.72电子伏特和1.88电子伏特。因此，这些结果确认了三种不同的Eg（1.55电子伏特、1.72电子伏特和1.88电子伏特）的成功识别。此外，紫外-可见光吸收光谱（图S5）证实了我们的带隙，吸收峰从805纳米移动到730纳米和666纳米，因此Eg能量更宽。图1

(a) 光致发光（PL）光谱，(b) X射线衍射（XRD）图案，(c)–(e) 扫描电子显微镜（SEM）图像，以及(f)–(h) 原子力显微镜（AFM）图像。随后的X射线衍射（XRD）测量用于阐明I/Br比例对不同薄膜结晶度和相纯度的影响。图1b显示，含有2%和45% Br的样品在11.6°处有一个小峰，这与FAPbI3的δ相钙钛矿相关。此外，在2% Br和45% Br薄膜中还有一个12.6°的弱峰，对应于PbI2峰。相比之下，在85% Br薄膜中δ相和PbI2峰不存在，表明最终组成完全反应，没有双相共存。2%和45% Br含量的钙钛矿薄膜中δ相和PbI2峰的非常小的强度，以及在85% Br含量薄膜中的缺失，表明Br成功掺入了钙钛矿晶格中，没有对晶体的纯度和稳定性产生负面影响。从2% Br薄膜的13.8°到45%和85% Br薄膜的14.1°和14.3°观察到了明显的峰位移动，以及在整个研究范围内的晶格参数（布拉格定律d = nλ/2 sin θ）从6.40 ?减少到6.17 ?，表明晶体结构从四方相转变为立方相。此外，45%和85% Br薄膜中在20°、28°和32°处的不同峰表明钙钛矿组成中Br含量增加。

为了进一步评估和研究I/Br比例对钙钛矿薄膜形态的影响，获得了含有2%、45%和85% Br含量的薄膜的顶视图扫描电子显微镜（SEM）图像（图1c–e）。SEM分析显示，所有薄膜都保持了紧凑的无针孔形态，这对于制造高性能太阳能电池至关重要。值得注意的是，随着Br含量的增加，晶粒尺寸相应减小，表明较高的溴含量可能会提高结晶速率。这些形态观察结果得到了“光电建模”部分中电模拟的支持，该模拟表明在高溴浓度下载流子寿命减少，这预计会限制可获得的最大室内PCE。此外，对钙钛矿薄膜的原子力显微镜（AFM）测量（图1f–h）显示，含有2%、45%和85% Br含量的样品的表面粗糙度（Ra）值分别为7.3纳米、8.4纳米和10.2纳米。较粗糙的吸收层有利于光捕获并最小化反射损失；然而，由于空洞的存在，也可能对器件性能产生不利影响。钙钛矿活性层的厚度主要由前体溶液的浓度决定，研究了确定PIPV器件最佳参数。具体来说，使用了FA0.90Cs0.10Pb(I0.98Br0.02)3（Eg为1.55电子伏特）组成的器件，前体浓度从0.9 M变化到1.4 M。如表S1所详述，在1000勒克斯的照明水平下，PCE值分别为：0.9 M时为25.85%，1.1 M时为27.07%，1.2 M时为26.98%，1.3 M时为30.05%，1.4 M时为29.46%。在1.3 M前体浓度下获得了最高的PCE，对应的短路电流密度（Jsc）为121.4 μA cm?2，开路电压（Voc）为0.897 V，填充因子（FF）为76.73%，在3000 K的照明下。最佳层厚度确定为300–400纳米范围内，如图2a–c所示，这与图S3中展示的模拟结果一致。

(a)–(c) 具有不同带隙的相应电池的横截面SEM图像。(d)–(l) 在3000 K、4000 K和5500 K室内光（250–1000勒克斯）下，带隙分别为1.55电子伏特、1.72电子伏特和1.88电子伏特的钙钛矿太阳能电池的实验（实线）和模拟（虚线）J–V曲线。在确定出与薄膜厚度相对应的最优钙钛矿前体浓度后，对于1.55电子伏特的带隙，使用了恒定的1.3 M浓度，以及其他具有1.72电子伏特和1.88电子伏特的组成。随后，这些太阳能电池在3000 K、4000 K和5500 K的各种温度下进行了评估，同时也在1000、500和250勒克斯的光照强度下进行了测试，如图S2所示。具有1.55 eV带隙的器件（图2d–f和表S3）展示了0.82至0.90 V的开路电压（Voc），并且短路电流（Jsc）与光照强度呈线性关系。在1000勒克斯的光照水平下，Jsc为128.1 μA cm?2，而在250勒克斯的弱光条件下，Jsc下降到31.9 μA cm?2，表明电流具有高效的缩放性。在不同的色温下，4000 K光照下的Jsc最高，对应的辐照度为3.05 W m?2。相比之下，在3000 K和5500 K下观察到的Jsc值较低，这是由于光谱重叠减少所致。填充因子（FF）保持相对恒定，范围在75.0%到79.7%之间，因此在1000勒克斯（3000 K）时的光电转换效率（PCE）为30%，在250勒克斯（3000 K，辐照度为68 W m?2）时为31.3%。在4000 K和5500 K条件下，PCE大约为28%。尽管在500勒克斯下的中间数据呈现出相似的趋势（表S3），但较低的Voc限制了效率。这一结果支持了先前的研究，表明较低的带隙对于室内条件来说不是最优的。对于具有1.72 eV带隙的器件（图2g–i和表S4），观察到了更高的电流和电压。Voc值在0.92到1.01 V之间变化，而在1000勒克斯（4000 K）下Jsc达到132.1 μA cm?2，在250勒克斯下降至33.5 μA cm?2。FF几乎保持不变，范围在74.6%到78.5%之间。在1000勒克斯时，效率在32.2%到35.0%之间变化，3000 K时的峰值PCE为35.04%。在250勒克斯的水平下，器件的效率更高，在5500 K时达到了36.6%。500勒克斯下的效率数据反映了这些趋势，在所有温度下保持在33.5%到34.6%之间。这种带隙（1.72 eV）在各种温度和强度下都表现出可靠的高效率，这与预测一致，即1.70–1.80 eV范围内的带隙对于室内光伏应用是最优的，并且与报告一致，即在经过钝化和成分调整后，在LED照明下的效率超过了40%。

1.88 eV的器件（图2j–l和表S5）显示了最高的开路电压（Voc）值，范围在0.96到1.04 V之间。然而，电流密度相对较低，峰值低于126 μA cm?2，这归因于红光子的吸收减少。这种现象在3000 K的光下最为明显，因为该温度下红光波长的比例较高；然而，在4000 K到5500 K的光下不太明显，因为这些温度下蓝光子的比例更高。这种带隙的FF值记录在67.4%到74.9%之间。PCE从29.20%（3000 K，1000勒克斯）变化到37.44%（5500 K，250勒克斯）；这一PCE与类似活性面积的钙钛矿室内光伏器件的最高值相当。在250勒克斯的较低光照条件下（辐照度在68到76 W m?2之间），它们在较冷的白光下表现更好，这支持了专注于优化钙钛矿以适应高温度光源的研究结果。

为了进一步探讨这些观察结果并理解室内光伏（PIPV）性能的实际限制，我们使用了基于有限元方法的光学全波电磁建模和电学漂移-扩散建模进行了定量器件模拟（详见补充信息中的“光学-电学建模”部分）。光学模拟为不同的白光发光二极管（WLED）温度（3000、4000和5500 K）、光照强度（1000、500和250勒克斯）以及钙钛矿带隙（1.55、1.72和1.88 eV）提供了空间分辨的载流子生成剖面。这些生成剖面被输入到电学模型中，以解决稳态泊松方程和连续性方程，从而得到图2d–l中的模拟J-V曲线。为了确保与实验数据的定量一致性，模型纳入了Shockley-Read-Hall陷阱辅助复合机制，其中载流子寿命根据每个带隙的实验数据进行了校准，得到的值在20到55纳秒之间。这些值与关于IPV的几项理论和实验研究结果一致。此外，模拟的J-V曲线（虚线）与实验数据（实线）吻合良好，模拟的JSC、VOC、FF和最大功率输出随着温度和光照水平的函数而变化。模拟中JSC的轻微低估主要是由于在带隙波长处的突然吸收截止（用于避免不同材料之间亚带隙光学数据的不一致性）。此外，实验器件中观察到的粗糙表面（图2a–c）与模型中假设的理想化平面界面相比也增强了吸收。重要的是，1.88 eV器件的提取载流子寿命大约为20纳秒，而1.55和1.72 eV的情况约为50纳秒，这导致了最大可达到VOC的降低，从而产生了更高的VOC缺陷。这种较短的寿命与在较高溴含量下观察到的较小晶粒尺寸相关（见图1），表明载流子寿命的减少是宽带隙PIPV最大可实现性能的关键限制因素。未来克服这些问题并进一步提高室内PCE的一种方法可能是尝试优化和增加宽带隙钙钛矿的晶粒尺寸。这可能会导致室内PCE接近效率极限。总体而言，模拟预测1.72 eV器件的室内PCE更高，这与实验结果一致。这种行为归因于：（i）高效的光谱匹配，这来自于在入射光子光谱范围内的高效光吸收（图S5a和b），产生了接近SQ极限JSC的约94%（图S4b），以及比1.55 eV器件更宽的带隙（更高的输出电压）；以及（ii）比1.88 eV器件更低的VOC缺陷（图S5c）。重要的是，1.88 eV器件的提取载流子寿命大约为20纳秒，而1.55和1.72 eV的情况约为50纳秒，这导致了最大可达到VOC的降低，从而产生了更高的VOC缺陷。将实验和模拟的VOC与SQ极限计算进行比较（图S6c和d）显示，虽然SQ极限和实验/模拟的VOC从1.55 eV增加到1.72 eV都有所增加，但从1.72 eV增加到1.88 eV的增加在实验/模拟情况下大约小了8.5%（图S6c）。假设所有带隙情况下的载流子寿命相等（约50纳秒）的模拟遵循SQ极限趋势（从1.72 eV到1.88 eV的改进约为12%；图S6c），证实了载流子寿命的重要作用。改变载流子迁移率（2–200 cm?2 V?1 s?1）对VOC没有显著影响（<～3%；图S6d），表明在较高带隙下PCE的降低主要是由于非辐射复合的增加，而不是电荷传输的限制。这一结论进一步得到了在较高溴含量下观察到的较小晶粒尺寸的支持（见图1），表明载流子寿命的减少是宽带隙PIPV最大可实现性能的关键限制因素。对器件性能的统计分析揭示了三种检查的带隙之间的显著差异。每种带隙器件的数据包括了在所有三种WLED光谱下测量的性能指标。具有1.55 eV带隙的器件（图3a）在1000勒克斯下表现出123.9 ± 5.4 μA cm?2的光电流，填充因子为76.6 ± 1.5%，开路电压（Voc）为0.87 ± 0.02 V。相应的效率在1000勒克斯时为28.7 ± 1.5%，在500勒克斯时为28.5 ± 1.2%，在较低光照水平（250勒克斯）时为31.2 ± 1.0%。相比之下，具有1.72 eV带隙的器件（图3b）表现出更好的性能，1000勒克斯下的Voc为0.99 ± 0.02，Jsc为123.5 ± 4.5 μA cm?2，填充因子（FF）始终为76.0 ± 2.0%。这种配置在1000勒克斯时的效率为32.8 ± 1.2%，在500勒克斯时为31.8 ± 3.2%，在250勒克斯时为33.7 ± 1.9%。相反，1.88 eV吸收剂在2500 K时达到了最高的Voc，效率记录为27 ± 2.9%（1000勒克斯），30.8 ± 2.9%（500勒克斯），并在250勒克斯时达到峰值33.3 ± 4.5%。总体而言，研究结果证实了1.72 eV组成在不同光照条件下的性能更为稳定，而1.88 eV带隙变体在低光照条件下的室内效率最高，约为37%。图3。

最后，在25 ± 5 °C的环境温度下，相对湿度为30 ± 5%，以及1000勒克斯的光照下，对（a）1.55、（b）1.72和（c）1.88 eV的器件性能进行了稳定性评估，如图4a所示。FA0.85Cs0.15Pb(I0.55Br0.45)3（1.72 eV）器件的性能在超过600小时的时间内有了显著提高。具体来说，PCE从30.31%增加到35.04%，Voc从0.954 V增加到0.999 V。FF保持在77%到78.5%的范围内稳定，而Jsc稳定在大约124 μA cm?2。同时，FA0.85Cs0.15Pb(I0.45Br0.55)3（1.88 eV）组成在2000小时内的性能轨迹类似，其PCE从25%增加到29%，Voc从0.94 V增加到1.04 V，Jsc从114 μA cm?2增加到124 μA cm?2，FF从58%增加到68%。1.72 eV和1.88 eV器件的稳定性提高被认为是由于光照下的光诱导缺陷钝化和卤素重新分布，这减少了非辐射复合。对于1.88 eV器件，进一步的提高归因于Spiro-OMeTAD在光照下的逐渐氧化，这改善了空穴传输和填充因子。相比之下，FA0.90Cs0.10Pb(I0.98Br0.02)3（1.55 eV）器件在2000小时的时间跨度内保持了稳定的性能，PCE保持在29%到30%的范围内。1.72 eV和1.88 eV组成的稳定性为它们在室内照明中的应用提供了令人鼓舞的前景。

本研究调查了基于甲酰胺鎓-铯的钙钛矿CsxFAx?1Pb(I1?yBry)3的组成工程，用于室内光伏（IPV）应用。通过光致发光（PL）光谱学，成功实现了三个目标带隙能量1.55、1.72和1.88 eV。同时，X射线衍射（XRD）显示溴有效地掺入了晶体晶格中，这出乎意料地抑制了δ相和PbI2杂质，这些杂质在室内太阳能电池应用中是系统报告的。使用扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）的形态分析显示形成了致密、无针孔的薄膜。然而，较高的溴含量导致晶粒尺寸减小和表面粗糙度增加，这是由于快速结晶所致。一方面，这有助于器件实现高Jsc，但另一方面（从模拟中得知）这是实现最大可能室内PCE的限制因素。通过使用1.3 M的前体浓度，确定了300–400 nm的最佳活性层厚度。在不同光照强度下的性能测试表明，在宽带隙器件中，1.72 eV带隙组成的Jsc最高，而1.88 eV带隙的Voc最高。具有1.88 eV带隙的器件在低光照强度（250勒克斯）下实现了显著的室内PCE，为37.4%，超过了其他组成的性能。1.72 eV器件以高Jsc、开路电压（Voc）和填充因子（FF）为特征，在250勒克斯下实现了36.6%的PCE，在1000勒克斯下实现了35.04%的PCE，使其成为不同室内照明条件（强度和色温）下最佳的光伏应用候选者。

材料

本研究中使用的所有化学品和材料均为分析级，按接收状态使用，无需进一步纯化。对于电子传输层（ETL），从Sigma Aldrich购买了钛二异丙氧化物双（乙酰丙酮）溶液（75%在2-丙醇中）和乙醇>99.8%；从中孔TiO2糊剂（30NRD）则从Greatcell Solar Materials Pty Ltd购买。钙钛矿层材料的溶剂是二甲酰胺>99.8%（DMF）和二甲基亚砜>99.8%（DMSO），同样从Sigma Aldrich购买。氯化甲基铵>99.99%（MACl）和碘化甲酰胺鎓>99.99%（FAI）也从Greatcell Solar Materials Pty Ltd购买。从Alfa Acer购买了纯度为99.999%的碘化铯（CsI）和碘化铅（PbI2）以及纯度为99.999%的溴化铅（PbBr2）。从西安聚合物光技术有限公司购买了纯度超过99.8%的SpiroOMe-TAD空穴传输层（HTL）。丙腈、异丙醇和纯度超过99.9%的锂双（三氟甲烷）磺酰亚胺均从Sigma Aldrich公司采购。99.999%纯度的金电极材料（Au）则购自Plasmaterials公司。

**设备制备**

首先，使用钛二异丙氧基双（乙酰丙酮酸酯）溶液（在2-丙醇中的浓度为75%）与9000 μL乙醇混合，制备出TiO2致密溶液；然后将中孔TiO2层以1:6的重量比稀释成浆料，并以5000转/分钟的转速旋涂15秒，随后在干燥气氛中于450°C下烧结30分钟。钙钛矿层采用1.3 M的浓度，在0.5 mL的DMF:DMSO（4:1）混合液中制备。为了研究卤素含量对薄膜质量和器件性能的影响，制备了三种不同碘化物-溴化物比例的混合卤化物钙钛矿：FA0.85Cs0.15Pb(I0.15–Br0.85)3、FA0.85Cs0.15Pb(I0.55–Br0.45)3和FA0.90Cs0.10Pb(I0.98–Br.02)3。对于FA0.90Cs0.10Pb(I0.98–Br.02)3配方，前驱体溶液包含14 mg的甲基铵氯化物（MACl）、16.9 mg的碘化铯（CsI）、4.8 mg的溴化铅（PbBr2）、96.9 mg的甲酰胺鎓碘化物（FAI）和299.3 mg的碘化铅（PbI2）；FA0.85Cs0.15Pb(I0.55–Br.45)3配方使用14 mg的MACl、25.3 mg的CsI、107.2 mg的PbBr2、96.9 mg的FAI和168.1 mg的PbI2；FA0.85Cs0.15Pb(I0.15–Br.85)3配方则使用14 mg的MACl、25.3 mg的CsI、202.8 mg的PbBr2、96.9 mg的FAI和45.8 mg的PbI2，所有溶液均在0.5 mL溶剂中配制。前驱体溶液需搅拌过夜以确保完全溶解，然后用0.45 μm滤膜过滤后，以5000转/分钟的转速旋涂40秒形成薄膜。

**钝化层制备**：在1 mL异丙醇中加入3 mg的正辛基铵碘化物（OAI），以4000转/分钟的转速旋涂30秒。

**SpiroOMe-TAD掺杂**：将24 μL的LiTFSI溶液（520 mg LiTFSI溶于1 mL丙腈）与28.8 μL的4-叔丁基吡啶（溶于1 mL氯苯）混合后，以4000转/分钟的转速旋涂25秒。最后，通过热蒸发沉积约80–100 nm厚的金（Au）层，完成器件制备。

**表征方法**

钙钛矿样品的形态特征通过场发射扫描电子显微镜（JSM-6010PLUS/LV，JEOL Ltd）在10 keV的工作电压下进行观察。

表面形貌使用Bruker Dimension ICON AFM系统进行研究。

**X射线衍射（XRD）**用于评估晶体结构，使用Rigaku Mini Flex仪器，扫描范围设定为10°至50°。

**稳态光致发光（PL）**实验通过Horiba FL3C-222系统进行，激发波长为450 nm。

**电流-电压（J–V）特性**的测量在室内光照条件下使用ILS-30标准光谱模拟器（Enlitech Technology）完成。LED器件在测量前稳定30分钟。测试条件为温度3000、4000和5000 K，光照强度分别为1000 lux、500 lux和250 lux，孔径掩模面积为1 cm2。

**作者贡献**

E. A. A.提出了研究思路，设计并规划了实验方案，并监督了整个研究过程。M. S. A.、F. I. A.、T. F. A. 和 A. S. A. 负责制备和优化钙钛矿太阳能电池器件，完成了所有基础表征工作，分析了数据并撰写了初稿；E. A. A.、G. K. 和 T. F. A. 以及 N. R. A. 对初稿进行了修改并协助解释实验结果；G. P. 负责模拟计算并撰写了相关部分内容；H. A.、A. H. S. 和 I. H. K. 对结果分析、讨论及研究监督提供了帮助。N. T.、D. T.、M. M. A. 和 A. A. 分别负责顶视图SEM观察、截面AFM分析、PL测量及数据分析。所有作者共同参与了手稿的撰写并同意提交。

**利益冲突**

本文不存在需要声明的利益冲突。

**数据可用性**

支持本文的数据已作为补充信息（SI）的一部分提供，详见DOI：https://doi.org/10.1039/d5ma01159k。

**致谢**

E. A. A. 和 M. S. A. 感谢沙特阿拉伯King Abdulaziz City for Science and Technology（KACST）的支持；A. H. S. 和 I. B. K. 感谢沙特阿拉伯研究、发展与创新局（RDIA）提供的研究资助（项目编号：12979-iau-2023-TAU-R-3-1-EI）。G. K.、N. T.、K. P. 和 E. K. 感谢沙特阿拉伯教育、宗教事务与体育部特别账户在“希腊2.0”国家恢复与韧性计划框架下的资助，该计划得到了欧盟NextGenerationEU项目的支持以及国家公共投资计划（VAT贡献）的配套资金；G. P. 和 M. K. 感谢希腊研究与创新基金会（HFRI）在“领先领域项目资助子行动2 – 基础研究融资（所有科学领域的横向支持，项目编号：MultiCool 15117）”下的支持；F. I. A. 感谢沙特阿拉伯国王沙特大学的支持；A. H. 感谢沙特国王大学正在进行的ORF-2026研究资助计划。

**参考文献**