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钢铁侠 20小时前 96浏览

A位阳离子混合可以增强宽带隙（WBG）钙钛矿的光伏性能，但铷（Rb）阳离子混合通常形成非钙钛矿相。国际著名的有机敏化-钙钛矿电池领域先驱、瑞士洛桑联邦理工学院教授Michael Grätzel、南京航空航天大学宣益民院士等人通过“应变调控”颠覆传统掺杂准则，实现小尺寸阳离子的稳定嵌入，解决了宽带隙钙钛矿的相分离与电压损失难题，为高效稳定钙钛矿器件及叠层电池发展提供了理论和技术基础。研究成果以“Strain-induced rubidium incorporation into wide-bandgap perovskites reduces photovoltage loss”为题发表于Science。南航毕业生，现为瑞士洛桑联邦理工学院博后的郑立凯为第一作者。

该研究成果主要创新之处在于：

1. 应变辅助的Rb⁺掺杂突破传统容忍因子限制
传统设计范式突破：传统钙钛矿掺杂依赖“容忍因子”筛选阳离子尺寸，而本研究通过调控晶格应变，首次将尺寸小于容忍因子下限的Rb⁺离子稳定嵌入钙钛矿晶格A位（传统认为此类离子无法稳定存在）。
应变锁定晶格结构：晶格应变迫使Rb⁺进入α相钙钛矿晶格，避免形成非钙钛矿的Rb-Cs富集相，解决了传统Rb掺杂导致的相分离问题。

2. 协同卤化物均匀化与组分调控
氯离子协同作用：应变诱导的Rb⁺掺杂与氯离子的引入协同作用，促进碘、溴、氯三卤素在薄膜内均匀分布，抑制卤化物偏析。
多尺度组分均一性：通过面内/面外多尺度表征，证实Rb⁺掺杂显著提升了薄膜横向与纵向的组分均匀性，降低缺陷密度。

3. 创纪录的光伏性能与低电压损失
高开路电压（VOC）：1.67 eV带隙钙钛矿器件VOC达1.30 V（达辐射极限的93.5%），为同类器件最高值，光电压损失创最低纪录。
光致发光特性优化：薄膜光致发光量子产率（PLQY）在1太阳光下超14%，对应准费米能级分裂1.34 eV，表明非辐射复合被有效抑制。

4. 光致相分离抑制与长期稳定性
抗相分离能力：在连续400分钟光照下未出现明显相分离，归因于应变提升离子迁移势垒，抑制光致相分离动力学。
理论-实验协同验证：通过原位X射线衍射、固态核磁共振及理论计算，阐明应变对晶格稳定性和离子迁移路径的调控机制。

5. 普适性策略与叠层电池应用潜力
材料与工艺兼容性：该策略适用于多种宽带隙钙钛矿体系，且工艺适配性强，可扩展至大面积制备。
叠层电池关键突破：高开路电压与稳定性使其成为叠层太阳能电池顶电池的理想选择，为效率突破提供新路径。