多结太阳电池通过堆叠具有互补带隙的多个光吸收层和最小化电荷载流子热化损失来提高转换效率，钙钛矿因其可调带隙和易于加工制造的特性受到青睐，然而其光诱导的相偏析现象影响了应用的效率和稳定性，这种现象尤其发生在宽带隙（
>1.65 eV
）
I/Br
混合钙钛矿吸收剂上。
加拿大多伦多大学
Edward Sargent
教授牵头的研究团队认为
I/Br
混合钙钛矿中的晶格畸变与相偏析的抑制有关，并采用大晶格畸变的
~2.0 eV Rb/Cs
混合阳离子无机钙钛矿制备了全钙钛矿三结太阳电池。研究人员首先用
Rb
+
取代了
Cs
基
I/Br
混合无机钙钛矿
CsPbI
1.75
Br
1.25
中的部分
Cs
+
，通过
X
射线衍射（
XRD
）发现掺入
Rb
+
后
I/Br
混合无机钙钛矿晶格中出现纯钙钛矿相，通过固体核磁共振光谱（
NMR
）和魔角旋转（
MAS
）研究了掺杂剂
133
Cs
和
87
Rb
的局部结构，发现掺杂后钙钛矿峰变宽且向更高频率偏移。通过对比不同掺杂比的混合无机钙钛矿样品的开路电压（
V
OC
），最后筛选出带隙较宽的
Rb
0.15
Cs
0.85
PbI
1.75
Br
1.25
作为
Rb/Cs
混合阳离子钙钛矿样品。接着，研究人员通过扫描电镜（
SEM
）、原子力显微镜（
AFM
）、能量色散
X
射线能谱（
EDX
）和深度剖面
X
射线光电子能谱（
XPS
）等测试手段，发现筛选出样品中
Rb
在薄膜表面和深度上都均匀分散。同时，通过密度泛函理论计算（
DFT
）得出，随着
Br
含量增加，
Rb/Cs
混合阳离子钙钛矿具有更高的亥姆霍兹自由能，
Rb
含量的增加也提高了稳定性。随后，研究者在一个太阳光照强度（
AM 1.5G
）下对制备的钙钛矿薄膜进行了时间依赖性光致发光（
PL
）测量，来探究制备的钙钛矿薄膜对光诱导偏析现象的抑制情况，并采用移动离子充放电方法进一步探究移动离子的浓度，结果显示
~2.0 eV Rb/Cs
混合阳离子钙钛矿具有最好的光稳定性，
PL
峰具有空间均匀性，同时在
Cs
位点上替换
Rb
会导致晶格扭曲增加，引入
I
或
Rb
后，
I
位点的畸变增加。紧接着，研究人员采用
Rb
0.15
Cs
0.85
PbI
1.75
Br
1.25
制备太阳电池，结果发现
Rb
0.15
Cs
0.85
PbI
1.75
Br
1.25
钙钛矿薄膜电子紊乱减少，该材料太阳电池在开路电压（
V
OC
）为
1.312 V
时转换效率提高到
13.41%
，其稳定效率为
13.3%
。在此基础上，研究人员进一步采用
~2.0 eV Rb/Cs
混合阳离子无机钙钛矿作为单片全钙钛矿三结太阳电池顶电池的吸收剂，在
V
OC
为
3.215 V
下的转换效率为
24.33%
，短路电流（
J
SC
）为
9.71 mA/cm
2
，填充因子（
FF
）为
77.93%
。，准稳态（
QSS
）认证效率达到
23.29%
，这也是首次报道的钙钛矿基三结太阳电池认证效率。
该项研究制备了
Rb/Cs
混合阳离子无机钙钛矿并应用到全钙钛矿三结太阳电池中，效率达到了
24.3%
（传统基于钙钛矿三结太阳电池效率仅为
20.1%
），且在室温和
AM1.5G
光照强度下，在最大功率点运行
420
小时后，仍能保持其初始效率的
80%
（传统基于钙钛矿三结太阳电池效率在运行
1h
后下降至
5%
）。该研究为抑制钙钛矿太阳电池的光诱导相偏析现象提供了思路，有效提高了多结太阳电池的转换效率。相关研究成果
发表在
《
Nature
》
。
（王淳
朱丹晨）
文献来源
：
Wang Z, Zeng L, Zhu T
,
et al.
Suppressed phase segregation for triple-junction perovskite solar cells
.
Nature,
202
3
,
DOI:
10.1038/s41586-023-06006-7.
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