武汉大学AM：全钙钛矿叠层太阳能电池中反向偏压下的氧化还原级联驱动结构降解

由电流失配或遮挡引起的反向偏压，已成为全钙钛矿叠层太阳能电池中一种隐蔽但致命的不稳定性因素。

本文武汉大学徐红星、王倜和柯维俊等人揭示，持续的反向偏压会触发窄带隙子电池内部氧化还原耦合的晶格坍塌。在电应力下，空穴注入将碘离子氧化为中性碘物种，后者随后氧化锡阳离子并驱动场致离子迁移。这种氧化还原级联通过晶格垂直传播，将离子输运与结构重构和界面腐蚀耦合在一起，最终导致不可逆的性能损失。这些发现揭示了全钙钛矿叠层电池作为化学机械系统的本质，其中电应力被转化为内部电化学损伤。为抑制这一反馈循环，我们引入了一种“多围栏”界面设计，将纳米级氧化物扩散阻挡层与化学稳定的双金属电极相结合。该策略阻断了氧化还原驱动的降解，实现了29.03%的光电转换效率，并将耐反向偏压能力提升了30倍以上。

我们的结果将反向偏压重新定义为一种化学机械驱动的失效模式，并为耐偏压钙钛矿结构建立了机理框架。

文章亮点：

1. 首次揭示反向偏压下窄带隙子电池的“氧化还原级联”降解机制：发现空穴注入触发I⁻→I⁰氧化，I⁰进一步氧化Sn²⁺为Sn⁴⁺，驱动Sn⁴⁺向HTL迁移、I富集于ETL，形成Pb-rich相，导致晶格垂直重构和不可逆失效。

2. 多尺度实验证实电化学-结构耦合：PL mapping显示降解区域局限在~10 μm热点；XPS证实Sn⁴⁺（HTL侧占13.82%）和三碘化物（ETL侧占59.89%）形成；ToF-SIMS和TEM-EDX揭示Sn向HTL迁移、Pb富集于ETL、Cu贯穿整个钙钛矿层。

3. “多围栏”界面策略实现30倍耐压提升：引入Al₂O₃离子阻挡层+Cr/Cu双金属电极，将窄带隙电池的击穿电压从-4.1 V提升至-8.8 V，叠层电池从-7.0 V提升至-14.7 V，T90寿命延长37倍，效率仍达29.03%。

W. Li, G. Li, S. Zhou, et al. “ Redox Cascade-Driven Structural Degradation Under Reverse Bias in All-Perovskite Tandem Solar Cells.” Advanced Materials (2026): e22942.

https://doi.org/10.1002/adma.202522942

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