編輯總結(jié)
由小尺寸的氯和銣離子共同引發(fā)的晶格協(xié)同收縮，使得能夠形成一種穩(wěn)定的寬帶隙鈣鈦礦材料，可用于串聯(lián)太陽能電池中。由于銣陽離子的尺寸較小，通常不利于鈣鈦礦相的形成，但本研究通過引入氯離子誘導(dǎo)應(yīng)變，可抑制銣和銫陽離子在鈣鈦礦中的相分離，從而形成具有1.67電子伏特寬帶隙的穩(wěn)定相。所制備的鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了1.30伏的開路電壓，達到了輻射極限的93.5%?！狿hil Szuromi
研究背景
先前研究表明，在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中A位陽離子的混合有助于提升寬帶隙（WBG）鈣鈦礦的光伏性能，但銣（Rb）陽離子的混合通常會形成非鈣鈦礦相。
在此，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院六院院士Michael Gr?tzel教授、Lukas Pfeifer教授聯(lián)合南京航空航天大學(xué)宣益民院士合作在Science期刊上發(fā)表了題為“Strain-induced rubidium incorporation into wide-bandgap perovskites reduces photovoltage loss”的最新論文。該團隊報告了一種應(yīng)變調(diào)控策略，可將Rb離子鎖定于三鹵化WBG鈣鈦礦晶格的α相中，從而抑制其轉(zhuǎn)變?yōu)楦籖b-銫的非鈣鈦礦相。該過程與氯離子的容納協(xié)同作用，促進了整個薄膜體積內(nèi)鹵素的均勻分布。
最終得到的1.67電子伏特寬帶隙鈣鈦礦，在1個太陽光照強度下的光致發(fā)光量子效率超過14%，對應(yīng)的準費米能級分裂約為1.34電子伏特。制備出的WBG鈣鈦礦太陽能電池具有1.30伏的開路電壓，占輻射極限的93.5%，代表了WBG鈣鈦礦中相較理論極限觀測到的最低光電壓損失。
研究亮點
（1）實驗首次通過應(yīng)變工程將小尺寸的銣（Rb）離子穩(wěn)定引入三鹵化寬帶隙（WBG）鈣鈦礦的α相中，避免了其形成非鈣鈦礦Rb-銫富集相，成功合成了穩(wěn)定的1.67eV寬帶隙鈣鈦礦薄膜。
（2）實驗通過協(xié)同引入氯離子與應(yīng)變調(diào)控策略，促進了鈣鈦礦膜內(nèi)鹵素分布的均勻化，從根源上提升了薄膜質(zhì)量，抑制了相分離現(xiàn)象，提高了結(jié)晶質(zhì)量與材料穩(wěn)定性。
（3）得到的鈣鈦礦薄膜在1倍太陽光照下展現(xiàn)出超過14%的光致發(fā)光量子效率，對應(yīng)準費米能級分裂達到1.34eV，表明材料具有極低的非輻射復(fù)合損耗。
（4）基于上述材料制備的WBG鈣鈦礦太陽能電池實現(xiàn)了1.30V的開路電壓，達到了輻射極限的93.5%，創(chuàng)下目前WBG鈣鈦礦器件中最低光電壓損失的記錄，為高效串聯(lián)電池的進一步發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。
圖文解讀
圖1：三鹵化物WBG PSC的功率轉(zhuǎn)換性能。
圖2：鈣鈦礦膜的光譜和形態(tài)特征。
圖3：鈣鈦礦膜的組成深度曲線。
圖4：摻雜的鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)表征。
結(jié)論展望
傳統(tǒng)上，小尺寸銣離子的引入往往導(dǎo)致非鈣鈦礦相的形成，限制了其在寬帶隙鈣鈦礦中的應(yīng)用。而本工作巧妙利用由氯離子引發(fā)的晶格協(xié)同收縮應(yīng)變，將銣離子有效鎖定在鈣鈦礦晶格α相中，打破了尺寸不匹配帶來的結(jié)構(gòu)限制。這一策略不僅抑制了相分離，還促進了鹵素成分的均勻分布，顯著提升了材料的光電性能與穩(wěn)定性。
從科學(xué)角度來看，該研究為理解離子摻雜與晶格結(jié)構(gòu)之間的耦合機制提供了新視角，同時也展示了通過應(yīng)力調(diào)控實現(xiàn)非傳統(tǒng)離子穩(wěn)定摻雜的可行性。這種“應(yīng)變輔助離子穩(wěn)定”機制有望推廣至其他鈣鈦礦體系或多元化材料平臺中，為開發(fā)高性能、多功能的新型光電材料提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)路徑。
原文詳情：
Likai Zheng et al. ,Strain-induced rubidium incorporation into wide-bandgap perovskites reduces photovoltage loss.Science388,88-95(2025).DOI:10.1126/science.adt3417
