PSC 是一种有前途的清洁能源光伏技术，但实现高效稳定的p-i-n型PSC仍面临挑战，如较薄的钙钛矿吸收层导致的光吸收不足和稳定性问题。高米勒指数晶面的钙钛矿薄膜在抗降解方面可能具有优势，通过优化加工条件在钙钛矿薄膜中实现高米勒指数取向是提升光伏技术的关键。

钙钛矿薄膜厚度对其光电性能影响

短路电流密度（JSC）：随着钙钛矿薄膜厚度的增加，JSC值先是增加，在600纳米、800纳米和1000纳米处达到峰值，然后开始下降。

EQE光谱：随着钙钛矿薄膜厚度的增加，特别是在500-800纳米的长波长范围内，EQE光谱显示出增强，这表明增加钙钛矿薄膜厚度可以改善光吸收。

吸收光谱：展示了不同前驱体浓度下制备的钙钛矿薄膜的吸收光谱。通过改变前驱体浓度，可以控制钙钛矿薄膜的厚度，从而影响其光吸收特性。

高Miller指数晶面改善光电性能

微米级厚钙钛矿中高Miller指数晶面的DFT计算

XRD数据：通过调节加工温度，可以控制钙钛矿薄膜中不同Miller指数晶面的相对强度。在较低温度下，(211)晶面的强度较高，而在较高温度下，(001)晶面占主导。这表明钙钛矿薄膜的晶体结构和晶面取向可以通过外部条件如温度进行调控。

载流子动力学：TRPL衰减提供了钙钛矿薄膜中载流子复合动力学的信息。不同的加工温度影响了载流子的寿命，这直接关联到材料的光电性能。

光电效率：PLQY值的高低反映了材料将光能转换为电能的效率，而Urbach能量（EU）与材料的带隙特性相关，两者共同影响钙钛矿太阳能电池的性能。

表面能量：DFT计算显示，(110)和(211)晶面的表面能量在自钝化后降低，这表明这些晶面具有自然自钝化的能力，有助于提高材料的稳定性和光电性能。

化学势依赖性：(110)和(211)晶面的表面能量对化学势的依赖性较小，这意味着这些晶面在不同的化学环境中都能保持相对稳定，这对于钙钛矿薄膜在实际应用中的稳定性非常重要。

非辐射复合：DFT计算还揭示了自钝化如何减少非辐射复合，通过饱和和分散表面悬挂键态，减少载流子的非辐射复合损失，从而提高光电转换效率。

钙钛矿材料中不同晶面之间晶粒边界的相干性

Cryo-TEM图像和理论模型

相干晶界，特别是(211)与(001)晶面之间的相干晶界，有助于减少缺陷和非辐射复合，从而提高钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。非相干晶界则可能导致性能下降。这些发现对于理解和优化钙钛矿薄膜的微观结构具有重要意义。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性

PSCs的电性能和稳定性测试结果

电流密度-电压（J-V）曲线：展示了在模拟AM 1.5G太阳光下，小面积p-i-n PSCs的J-V特性。

性能比较：曲线显示了不同加工条件下PSCs的性能，其中在23°C处理的微米级高Miller指数取向PSCs表现出最佳性能。

SPO测量：展示了在最大功率点（MPP）下，PSCs的稳态功率输出。

EQE光谱：展示了PSCs的外部量子效率光谱，反映了在不同波长下的光电转换效率。

光谱特性：EQE光谱显示了设备对光谱中特定波长区域的响应，这对于理解器件的光吸收和载流子生成机制至关重要。

放大设备性能：展示了1平方厘米放大PSCs的J-V曲线和SPO，这些设备在放大面积下仍保持了较高的效率。

迷你模块性能：展示了5 cm × 5 cm迷你模块的J-V曲线，这些迷你模块由6个子电池串联组成。

模块效率：尽管面积增加，迷你模块仍然展现出了21.4%的效率，显示了技术的可扩展性。

MPP跟踪测试：展示了在连续1太阳等效光照下，封装PSCs在环境空气中的最大功率点跟踪测试结果。

稳定性表现：23°C处理的微米级高Miller指数取向PSCs显示出最佳的操作稳定性，保持了超过90%的初始PCE（T90寿命）超过1,142小时。

热稳定性测试：展示了未封装PSCs在85°C氮气氛围中的热稳定性加速老化测试结果。

热稳定性比较：23°C处理的微米级高Miller指数取向PSCs在热稳定性测试中保持了超过90%的初始PCE超过2,448小时，与其他处理温度相比显示出更好的热稳定性。

在连续1太阳等效光照下，23°C处理的微米级高Miller指数取向PSCs展现出了最佳的操作稳定性，保持了超过90%的初始功率转换效率（PCE）超过1142小时。这一结果证明了通过工程化高Miller指数晶面的方法，可以显著提高钙钛矿太阳能电池的性能和长期稳定性，为商业化应用提供了重要的技术基础。

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原文参考：Coherent growth of high-Miller-index facets enhances perovskite solar cells，https://doi.org/10.1038/s41586-024-08159-5