近日，北京理工大学陈棋教授团队在钙钛矿光电材料研究领域取得新进展，相关成果以“初始化薄膜均匀性以延迟相分离制备稳定钙钛矿太阳能电池（Initializing film homogeneity to retard phase segregation for stable perovskite solar cells）”为题，发表于Science杂志上（DOI: 10.1126/science.abn3148）。

近年来，基于有机-无机杂化钙钛矿的太阳能电池器件取得了飞速的发展，目前报道的最高光电转化效率已接近26%。混合组分钙钛矿材料通过合理的化学组分设计，可以实现光电性能调控，从而提升器件效率及稳定性。然而，由于多组分的引入，材料生长过程中会出现薄膜初始组分分布不均匀，产生相分离等问题，这不仅影响了器件效率，也会严重影响器件的稳定性。

该研究揭示了混合组分钙钛矿薄膜的自发相分离的热力学驱动力，发展了谢林模型（最早起源于经济学）用以模拟各组分离子团聚的动力学，阐明了薄膜初始均匀性对器件性能衰减的影响规律；通过制备具有起始组分分布均匀的钙钛矿薄膜，显著提升钙钛矿光伏器件的稳定性。该研究将谢林模型进行拓展，将原子尺度的离子移动与微纳米尺度的相分离动力学统一到同一个研究范式下（图）。该研究为提高钙钛矿材料与光伏器件的稳定性提供了新的思路，也为制备高效稳定的钙钛矿光电子器件提供了理论基础。

图 钙钛矿薄膜相分离研究。（a）基于第一性原理的理论计算揭示原子/离子尺度的相分离热力学驱动力；（b）谢林模型模拟从原子到纳米尺度的薄膜组分相分离的动力学过程；（c）飞行离子二次质谱表征微米尺度的组分相分离

（摘自 国家自然科学基金委）