影响钙钛矿太阳能电池稳定性的因素

根据国际规定的光伏组件老化测试标准（ IEC61646, 2008） ，光伏器件必须可以在85% 湿度和 85 ℃ 温度的条件下连续工作 1000 h后仍保持初始效率的90%以上。因此，深入研究钙钛矿电池不稳定的因素，通过对材料和器件的设计来提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，是促进钙钛矿电池进一步发展和商业化的关键，对光伏产业的发展具有重大的现实意义。

湿度稳定性

周围环境中存在的水分对钙钛矿电池的制备和测试影响具有双面。研究发现，在一定的湿度条件下，周围环境中的水分将会有利于钙钛矿薄膜的生长结晶，减少薄膜中存在的缺陷，提钙钛矿薄膜的结晶质量，增强薄膜的载流子寿命，从而器件的光伏参数得到提升。但是，由于钙钛矿薄膜属于软物质状态，如果将已经制备的钙钛矿薄膜暴露在高湿环境下，在水分和氧气的作用下促进钙钛矿薄膜分解，分解过程如下：

从上面的反应方程式可以看出，除了水分和氧气，太阳光中的紫外光部分也是促使钙钛矿分解的重要影响因素。

此外，目前使用的空穴传输材料是 spiroOMeTAD，在器件的制备过程中，一般会添加少量有机盐来优化 spiro-OMeTAD 的导电性，例如锂盐、钴盐等，这些添加剂具有较强的吸湿性，极易造成spiro-OMeTAD 的性能衰减和钙钛矿的分解。

 热稳定性

由于太阳能电池的实际工作温度往往会在60 ℃以上，钙钛矿材料的热稳定性也是影响其长期稳定性的重要因素。如图 9 所示，暗态下，将 MAPbI3 薄膜放置在 85 ℃ 下 24 h，在 N2惰性气氛保护下，钙钛矿薄膜的形貌也发生了明显改变，较多的孔洞表明了钙钛矿薄膜的分解，而在O2气氛下，MAPbI3 分解程度更加严重，验证了O2有加速分解的作用。在空气中时，由于水分和氧气共存，高温条件促进了 MAPbI3 薄膜的分解，改变了薄膜原有的表面形貌。虽然水氧稳定性通常可以通过封装技术来解决，但是钙钛矿材料的热稳定性是一个本征问题，也是钙钛矿电池要实现商业化必须面临的挑战之一。

MAPbI3 薄膜在不同气氛下 85 ℃ 保持 24 h 后的衰减情况。（a） 无处理，（b） N2 气氛，（c） O2 气氛，（d） 空气

光稳定性

TiO2 是一种常用的电子传输材料，这种材料对大气中的紫外光较为敏感，容易在紫外光的作用下产生光生空穴，催化分解钙钛矿层，将钙钛矿中的有机阳离子分解，反应过程如下：

此外，光照不仅能够辅助水、氧分解钙钛矿，而且能够引起钙钛矿材料中离子的迁移和重新排布，进而导致薄膜性能衰减。

如何获得高稳定性的钙钛矿太阳能电池？

要解决钙钛矿太阳能电池稳定性问题，需要从以下几点入手：

（1）从钙钛矿组分入手，引入大阳离子，从而形成更稳定的钙钛矿结构；

（2）从钙钛矿薄膜生长入手，开发新型添加剂，促进晶粒生长，抑制离子迁移，从而提高器件运行稳定性及热稳定性； 

（3）从钙钛矿器件结构入手，选择性能稳定的无机空穴传输层和电子传输层，从而提高器件的湿度稳定性

审核编辑：黄飞