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郑南峰Science:https://www.science.org/doi/10.1126/science.aef5487
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% d6 k- E4 L h, S% U5 }) O钙钛矿光伏已迅速接近成熟硅技术的效率水平,但其从实验室规模器件向商业化相关组件的转化仍受限于一个持续存在的材料挑战:钙钛矿晶格在其整个生命周期中在结构上是动态的。在溶液加工过程中,随机成核和复杂的中间相演变会产生残余应变、晶格无序和元素缺陷。在随后的光照、热和电偏压下,这些结构缺陷被放大,驱动离子再分布、电子不均匀性和不可逆降解。因此,结晶过程中播下的缺陷在运行应力下继续演变,导致后续器件退化。
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大量研究致力于调控这一结晶过程和减轻缺陷。分子添加剂和有机钝化剂可以改善薄膜结晶并抑制非辐射复合,但这些策略通常依赖结构柔软的物种。在长期热、光和电应力下,此类分子可能迁移、脱附或化学转化,逐渐降低其有效性。无机方法通过引导成核、改善晶格组织或调控缺陷化学提供了替代途径。然而,在卤化物钙钛矿中,结晶、缺陷演变和离子迁移本质上是耦合的,而大多数现有策略仅影响这一序列中的一个阶段。因此,一个核心挑战是开发一种结构稳健的平台,既能引导薄膜形成,又能在器件运行期间保持功能——此时缺陷化学和离子传输变得日益耦合。
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在此,本文使用一种刚性、结构同源的普鲁士蓝(PB)框架来桥接这些阶段。其与卤化物钙钛矿的晶体学相容性以及稳健的Fe–C≡N–Fe网络使PB能够参与薄膜形成,同时在器件运行期间保持其结构完整性。在结晶过程中,它促进异质成核并抑制中间相,产生高度取向、应变弛豫的薄膜。在运行过程中,其氧化还原活性框架介导Pb0和I0缺陷的转化,其开放晶格限制A位阳离子的长程再分布,且框架体积变化极小。为将离子再分布与电子不均匀性联系起来,我们结合了原位飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)与开尔文探针力显微镜(KPFM)。这些测量揭示,抑制场驱动离子迁移可在偏压下保持电子均匀性。 |
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