钙钛矿太阳能电池（PSCs）是一种新兴的光电材料，因其高效能和良好的光吸收特性在可再次生产的能源领域受到广泛关注。与传统的硅基太阳能电池相比，钙钛矿材料具备更简单的制备工艺和更低的成本。然而，钙钛矿太阳能电池在长期操作稳定性方面仍存在挑战，尤其是在连续光照和高温环境下，严重限制了其商业应用。

　　近日，来自南开大学袁明鉴及多伦多大学Edward H. Sargent共同通讯携手在钙钛矿太阳能电池的研究中取得了新进展。他们针对α-FAPbI

　　钙钛矿材料，设计了一种无甲基铵盐（MACl）添加剂的合成方法，旨在提高电池的稳定性和效率。研究表明，使用小量的铯（Cs+）阳离子替代传统的MACl添加剂，能够有效改善钙钛矿的结晶质量，由此减少热不稳定性。通过原位的广角X射线散射（GIWAXS）技术，研究团队观察到，钙钛矿薄膜的上层存在铯离子聚集现象，这导致了电池的接触损失和性能直线下降。进一步的密度泛函理论（DFT）计算揭示，铯离子的积累在电池的载流子传输界面造成了显著的价带偏移（ΔEV），限制了准费米能级分裂（QFLS）。未解决这一问题，研究团队采用了中间相辅助的结晶路径，通过合理的表面配体协调管理，明显降低了中间相的形成能。

　　钙钛矿太阳能电池，获得了经认证的稳定功率输出（SPO）效率为25.94%，反向扫描的光电转换效率（PCE）达到了26.64%。重要的是，这些太阳能电池在85°C和相对湿度60 ± 10%的条件下经过2000小时的上限功率点跟踪后，仍保留了约95%的初始性能。

　　表征解读】本文通过氮气手套箱中的Keithley 2400源表对太阳能电池设备做表征，采用AM 1.5G光照条件，发现了钙钛矿太阳能电池在高温和湿度环境下的性能退化现象，从而揭示了在缺乏MACl添加剂情况下，α-FA1-xCsxPbI

　　光伏器件的接触损失问题。针对这一现象，通过原位和外部GIWAXS（广角X射线散射）微观机理表征，得到了钙钛矿薄膜中Cs+的积累和分布信息，进一步挖掘了Cs+对能带结构的影响，特别是在钙钛矿/孔导体层（HTL）界面处造成的价带偏移（ΔEV）。这一偏移显著限制了器件的准费米能级分裂（QFLS），导致了光伏性能的下降。

　　在此基础上，通过多种表征手段，包括X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、时间分辨光致发光（TRPL）以及密度泛函理论（DFT）计算等，深入研究了不同Cs+含量对α-FA1-xCsxPbI

　　光伏器件性能的影响。根据结果得出，通过合理的表面配体协调管理，可以大大降低中间相δ-FA1-xCsxPbI3的形成能，促使钙钛矿薄膜的质量得到提升，并显著减少了接触损失，提高了器件的操作稳定性。总之，经过系列表征，作者深入分析了α-FA1-xCsxPbI

　　钙钛矿薄膜中的微观结构变化，进而成功制备出α-FA0.94Cs0.06PbI3新材料，其经认证的稳定功率输出效率达到25.94%，反向扫描PCE为26.64%。这一研究成果不仅提升了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定能力，还为其商业化应用提供了新的技术路径，推动了光伏技术的进步。

　　基钙钛矿的光电转换效率已达到26.7%，但其在长时间照射和高温下的稳定性仍面临挑战。研究表明，传统的MACl添加剂虽能改善α-FAPbI3的结晶性，但其残留物会影响设备的长期稳定性。因此，采用Cs+离子替代MACl，形成α-FA1-xCsxPbI3钙钛矿，成为提高设备性能的关键。研究之后发现，通过优化结晶过程，避免Cs+的积累，可以显著减少接触损失，从而提升光电性能。此外，合理的表面配体协调管理可以大大降低中间相的形成能，使得材料的分布更加均匀。这一发现不仅为钙钛矿太阳能电池的制备提供了新思路，也为其他有机无机混合材料的研究提供了借鉴，强调了材料设计和工艺流程对最终性能的重要性。这些研究结果推动了可再次生产的能源领域的逐步发展，具备极其重大的应用前景。原文详情：Li, S., Jiang, Y., Xu, J. et al. High-efficiency and thermally stable FACsPbI

　　iCEM 2025专场预告：聚焦生命科学电子显微学前沿，从超微结构到技术解析

　　试验机/硬度计等317项行业标准报批稿公示——涉及汽车、机械多项行业标准

　　iCEM 2025专场预告: 扫描电镜/双束电镜的技术革新与跨领域应用

　　破垄断 立标杆! 国产首台200kV场发射商用透射电子显微镜即将重磅发布!