黄维&秦天石Nat. Energy：PSCs超1200H循环后效率仍保95%

主要内容

中山大学黄维院士与南京工业大学先进材料研究院秦天石研究员强强联合，带领其精英研究团队开展了一项极具前瞻性与创新性的研究，在钙钛矿太阳能电池领域取得了里程碑式的突破。

在钙钛矿太阳能电池的研发进程中，锂阳离子掺杂剂凭借其独特优势被广泛采用。它能够显著增强空穴传输层中的空穴传输效率，优化界面电荷提取过程，进而提升电池的整体性能。然而，锂阳离子的迁移特性犹如一把双刃剑。尽管已知其迁移会诱导钙钛矿材料从稳定的α相转变为不稳定的δ相，但此前学术界关于器件长期稳定性的研究报道却存在显著分歧，这无疑给该领域的产业化进程蒙上了一层阴影。

在此次研究中，研究团队以严谨的科学态度和创新的实验方法，深入探究了锂迁移与器件稳定性之间的复杂关系。通过精心设计的模拟实验，团队发现，在模拟自然昼夜变化的明暗交替条件下，锂迁移会迅速引发α相钙钛矿的降解，导致器件性能急剧下降。而在该领域常规采用的仅连续光照或仅连续暗态测试条件下，这种降解现象却并不明显。这一发现犹如一把钥匙，打开了理解器件在实际运行环境中稳定性问题的大门，揭示了传统测试条件与真实应用场景之间的巨大差异。

为了攻克明暗循环下器件不稳定这一难题，研究团队大胆创新，提出了用甲胺阳离子掺杂剂取代传统锂掺杂剂的新思路。经过一系列艰苦的实验探索和精细的表征分析，团队惊喜地发现，与锂掺杂剂不同，基于甲胺阳离子掺杂的空穴传输层薄膜中不存在未反应的甲胺阳离子残留。这一独特特性使得采用甲胺阳离子掺杂的器件在稳定性方面具有显著优势，为解决器件长期稳定性问题带来了新的希望。

基于这一重大发现，研究团队成功制备出了高性能的钙钛矿太阳能电池。经过国际权威机构的严格认证，该电池实现了26.1%（认证值为25.6%）的卓越光电转换效率，达到了国际领先水平。更为关键的是，在与实际运行条件高度契合的连续明暗循环测试（严格按照ISOS - LC - 1标准执行）超过1200小时以及3000次电压通断循环条件下，电池的T95寿命（即器件效率衰减至初始值95%所需的时间）表现优异，充分证明了其在复杂多变实际环境中的可靠性和稳定性。

本研究不仅在理论层面为深入理解钙钛矿太阳能电池在真实运行条件下的耐久性提供了全新视角，更在实践层面为解决该领域长期困扰的稳定性难题提供了切实可行的解决方案。研究团队通过揭示锂迁移的微观机制及其在明暗交替循环过程中对α相钙钛矿相不稳定性的影响，清晰地指出了传统基于锂的掺杂剂在确保器件长期稳定性方面的局限性。

此外，团队自主研发的MATFSI掺杂剂，凭借其在空穴传输层中不残留MA⁺阳离子的独特优势，在实现高功率转换效率的同时，在严苛的循环测试条件下依然能保持出色的稳定性。

这些具有开创性的发现为钙钛矿太阳能电池在自然昼夜条件下实现可靠长期运行奠定了坚实基础，有效解决了其走向商业化道路上的一个关键瓶颈。本研究不仅深入洞察了锂掺杂剂的行为特性，更为设计具有更高运行稳定性和效率的下一代钙钛矿太阳能电池材料提供了全面而系统的指导方针和实验依据，有望推动该领域实现从实验室研究到产业化应用的跨越式发展。

文献信息

Impactoflithiumdopantsinhole-transportinglayersonperovskitesolarcellstabilityunderday–nightcycling

JinzhengZhao,JiupengCao,JingjinDong,ZihaoLi,YingChu,AifeiWang,FangfangWang,BingxuLiu,

RuiXu,JingyuZhang,BocongZhang,XiaopengHu,WenjianYan,ChiZhang,ShaohuaChen,LaiyuanWang,GaojieChen,WeiHuang&TianshiQin

https://www.nature.com/articles/s41560-025-01856-z