Joule重磅：针孔是元凶！钙钛矿电池低电压反向击穿机制终被破解，厚传输层成救星

钙钛矿太阳能电池（PSCs）在反向偏压条件下会发生快速降解，这种情况可能在局部遮荫时出现。

本研究科罗拉多大学博尔德分校Michael D. McGehee等人通过电学测试、电子显微镜、光学及热成像技术，系统探究了在低反向电位（< |−2| V）下的突变击穿与热点形成现象。我们发现，钙钛矿层中的微观针孔会在反向偏压下引发快速且破坏性的击穿，尽管这些缺陷对光电转换效率的影响甚微。通过对微型（直径200微米）钙钛矿电池以及无钙钛矿的传输层二极管进行测试，结果表明突变性低电压击穿源于纳米至微米级缺陷，而金属迁移与导电细丝形成并非主要原因。当钙钛矿层和传输层中的针孔被消除后，器件的反向偏压稳定性显著提高。

原子层沉积制备的氧化锡层通过确保电极间的物理隔离——而非阻挡金属离子迁移——来有效预防突变击穿。钙钛矿研究者应采用更洁净、更均匀的沉积工艺，以制备出更稳定的钙钛矿太阳能电池，推动其进一步研究与商业化应用。

文章亮点：

1. 缺陷是低电压反向击穿的元凶：
   研究证实，钙钛矿太阳能电池在低反向偏压（低至 -0.5 V）下的突然击穿和永久性损坏，主要源于钙钛矿层和传输层中预先存在的微米级针孔和薄弱点。

2. 厚传输层可有效抑制击穿：
   通过使用更厚、更均匀的传输层（如ALD沉积的SnOₓ），可避免电极之间出现纳米级接近区域，从而显著提高器件的反向耐压能力。

3. 金属迁移并非主因，局部高热导致熔毁：
   实验表明，低电压下的突然击穿并非由金属离子迁移形成导电细丝引起，而是由于局部电流密度极高导致金属电极熔化，形成永久性短路。

How non-ohmic contact-layer diodes in perovskite pinholes affect abrupt low-voltage reverse-bias breakdown and destruction of solar cells

Author: Samuel Johnson,Daniel Morales,Kell Fremouw,Isaac E. Gould,Tomoko Borsa,Steve Johnston,Axel Palmstrom,Ryan A. DeCrescent,Michael D. McGehee

Publication: Joule

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435125002831

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