EES：深入分析热‑电‑离子动力学在钙钛矿太阳能电池滞后与瞬态性能中的作用

理解钙钛矿太阳能电池性能不稳定和滞后的热学起源，对其长期稳定性和可靠运行至关重要。

本文埃因霍芬理工大学Hadi Rostamzadeh和Hamid Montazeri等人提出了一种新颖的耦合多物理场数学框架，集成了层分辨光吸收、非等温电子‑离子输运、以及层分辨自洽的能量平衡，并明确了体相与界面的多种产热路径，包括热载流子热化、焦耳热、珀耳帖效应、辐射/非辐射复合以及寄生光吸收。该框架通过引入温度‑电压（T-V）和热‑电压（P-V）特性曲线，将PSC表征拓展至传统的J-V分析之外，实现了对瞬态自发热及其与电子‑离子动力学相互作用的定量追踪。研究表明，PSC内部存在热惯性，其在偏压扫描下的演变时间尺度与离子弛豫相当，导致强烈的扫描速率依赖性发热。在中速扫描下，这种热‑电‑离子耦合在正扫过程中产生非单调、双峰温度演化及显著的T-V滞后，同时伴随S形J-V畸变，且畸变向更低扫描速率偏移。扫描速率依赖的发热可分解为界面主导与体相主导两个区域：界面发热主导低至中速扫描下的温度演变，体相发热主导中至高速扫描下的温度分布，而快速扫描则热量积累不足，最终使响应趋近于离子冻结的准等温极限。这些不同的热状态重塑了载流子提取不对称性、内场屏蔽及可移动离子再分布，从而相对于等温电子‑离子输运预测加剧或减轻了滞后。忽略热‑电‑离子效应会低估>10 K的瞬态温升，并误判与S形J-V畸变相关的扫描速率窗口。

通过集成这些多物理场效应，该框架为下一代PSC表征提供了诊断工具，并为界面工程、纳米结构热管理和扫描协议优化等设计策略提供指导，以提升器件在实际工作条件下的性能与稳定性。

文章亮点：

1. 首创光‑电‑热（OET）全耦合多物理场模型：首次在PSC模拟中自洽集成层分辨光吸收、非等温电子‑离子输运与能量守恒方程，明确量化了多种体相与界面产热路径（热化、焦耳热、珀耳帖、复合、寄生吸收）对器件动态性能的影响。

2. 揭示扫描速率依赖的热滞后与双峰温升机制：模型预测在正向扫描中出现双峰温度分布，源于在有限热惯性下，由低‑中速的界面产热主导向中‑高速的体相产热主导的转变，并首次引入T-V与P-V曲线作为热‑电滞后诊断工具。

3. 阐明热‑电‑离子耦合对滞后的调控作用：发现内部温度梯度引发的塞贝克场与离子极化共同重塑内建电场分布，将滞后峰向更低扫描速率偏移，表明传统等温模型会严重低估实际工作中热‑电‑离子反馈对S形畸变及填充因子损失的影响。

On the role of thermo-electro-ionic dynamics in hysteresis and transient performance of perovskite solar cells

H. Rostamzadeh and H. Montazeri, Energy Environ. Sci., 2026, Advance Article , DOI: 10.1039/D5EE05840F

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ee/d5ee05840f

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