鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其卓越的光電轉換效率而受到廣泛關注，大多數高效PSCs仍需在惰性氣氛（如充氮手套箱）中制備，在一定程度上限制了其商業化生產的規模化發展。通過兩步法在環境條件下研發高效穩定的 PSCs，對推動其工業化應用至關重要。美能溫濕度綜合環境試驗箱專為驗證評估組件或材料的可靠性，能達到快速升溫降溫，提升測試效率，滿足IEC61215等標準。

本文提出一種新型組分工程策略，在環境空氣中通過序貫工藝，將三價銻（ Sb3? ）和二價硫（ S2? ）離子同時合金化引入甲脒鉛碘（FAPbI?）晶格，顯著增強了材料的本征穩定性與電池性能。

研究方法與材料制備

Millennial Solar

本研究采用順序沉積法在環境空氣條件下制備鈣鈦礦薄膜。首先在150°C下將SbCl?-硫脲（Sb-TU）復合物溶液旋涂于PbI?基底上，隨后引入甲脒碘（FAI）溶液完成轉化反應，形成Sb3?/S2?合金化的FAPbI?薄膜。通過調控Sb-TU添加量（0–2.0 mol%），系統優化了材料的晶體結構與光電性能。

合金化效應與機理分析

Millennial Solar

Sb3?/S2? 合金化 FAPbI? 的第一性原理分子動力學（AIMD）模擬

Sb3? 和 S2? 摻入對鈣鈦礦薄膜殘余應力與晶體結構的影響

形貌與結晶性對比

理論模擬與實驗表征共同揭示了Sb/S合金化的多重效益：

晶格應變弛豫：Ab initio分子動力學模擬表明，適量Sb3?/S2?摻雜（~1.56 mol%）可調節Pb–I鍵長與I–Pb–I鍵角，提升容忍因子，從而有效釋放晶格應力。

殘余應力降低：掠入射X射線衍射（GIXRD）分析顯示，1.0 mol%合金化薄膜的殘余應力最低（10.5 MPa），不足對照樣品（53.7 MPa）的五分之一。

結晶性與取向優化：GIWAXS與HR-TEM結果表明，Sb3?/S2?引入促進了α(200)晶向的優先生長，提高了結晶質量，并誘導更多晶粒呈面外取向，有利于電荷傳輸。

電池性能與穩定性提升

Millennial Solar

性能與表征分析對比

“對照”與“目標”鈣鈦礦薄膜及電池的穩定性對比分析

基于優化后的合金化FAPbI?，構建的n-i-p型電池電池實現了25.07%的光電轉換效率（PCE），各項參數分別為：J?c = 26.48 mA/cm2，V?c = 1.15 V，FF = 82.33%。該效率與當前大氣制備工藝的最高水平相當。

性能提升歸因于：光吸收增強與陷阱態密度降低；載流子壽命從0.82 μs延長至2.1 μs；界面缺陷減少，電荷復合受到抑制。

在穩定性方面，未封裝的合金化電池表現出色：在20–40 % RH、25 °C黑暗環境中放置1080小時后，仍保持94.9 %的初始效率；在1個太陽光連續照射（N?環境）2160小時后，效率保持率超過90 %；在85°C高溫環境下經歷744小時，仍保持90.8 %的初始PCE。

本研究成功開發了一種通過Sb3?/S2?雙元素合金化提升FAPbI?鈣鈦礦材料性能的新方法。該策略不僅顯著提高了電池的效率和環境穩定性，還實現了全大氣環境下的可控制備，避免了傳統惰性氣氛制備的限制，具有良好的產業化應用前景。Sb3?/S2?同時合金化的方法為研發高效、穩定、可規模化制備的鈣鈦礦太陽能電池提供了有力的材料設計思路與技術路徑。

美能溫濕度綜合環境試驗箱

Millennial Solar

美能溫濕度綜合環境試驗箱采用進口溫度控制器，能夠實現多段溫度編程，具有高精確度和良好的可靠性，滿足不同氣候條件下的測試需求。

溫度范圍：20℃~+130℃

溫濕度范圍：10%RH~98%RH(at+20℃-+85℃）

滿足試驗標準：IEC61215、IEC61730、UL1703等檢測標準

美能溫濕度綜合環境試驗箱為光伏組件測試提供一站式氣候模擬解決方案，精準賦能加速老化實驗，全面保障組件可靠性認證。以標準化智能控制助力產業升級，為高穩定性、可規模化的大面積鈣鈦礦組件突破提供堅實支撐。

原文參考：Enhanced stability and efficiency in perovskite solar cells via mixed-metal chalcohalide-alloyed formamidinium lead iodide