鈣鈦礦太陽能電池是極具應(yīng)用前景的新一代光伏技術(shù)，受到研究者和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注，但其穩(wěn)定性問題阻礙了商業(yè)化應(yīng)用。當(dāng)前，鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性提升策略仍來自于單一實驗經(jīng)驗，缺乏基于大數(shù)據(jù)的宏觀統(tǒng)計結(jié)論。由于鈣鈦礦復(fù)雜的降解過程、未統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)（溫度、濕度、光照等）和記錄方式，難以直接對已經(jīng)發(fā)表的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

近日，南開大學(xué)羅景山教授課題組針對鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性問題，提出了可用于不同測試條件下鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性數(shù)據(jù)評估的統(tǒng)一指標(biāo)，并對開放數(shù)據(jù)庫Perovskite Database中超過7000組穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計分析，探究了不同鈣鈦礦組分、器件結(jié)構(gòu)對器件穩(wěn)定性的影響。

圖1.（a）鈣鈦礦太陽能電池的一般器件結(jié)構(gòu)。（b）數(shù)據(jù)庫記錄的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)使用的測試標(biāo)準(zhǔn)的分布。（c）鈣鈦礦太陽能電池效率兩種典型的衰減曲線。

羅景山團(tuán)隊根據(jù)以往有機(jī)太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池的加速老化實驗中使用的加速因子的概念，提出了統(tǒng)一的穩(wěn)定性描述指標(biāo)TS80m。該指標(biāo)將鈣鈦礦太陽能電池壽命TS80與加速因子結(jié)合，避免了快速老化階段對壽命預(yù)測的干擾，同時體現(xiàn)了不同環(huán)境壓力的影響，可以將不同條件下測試和不同方式記錄的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)歸一化到同一標(biāo)準(zhǔn)，同時獲得的數(shù)據(jù)符合對數(shù)正態(tài)分布。依據(jù)該指標(biāo)對Perovskite Database中的7419組穩(wěn)定性數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化后，進(jìn)行了數(shù)據(jù)可視化和統(tǒng)計學(xué)分析，利用t假設(shè)檢驗方法得出了不同鈣鈦礦組分和器件結(jié)構(gòu)對穩(wěn)定性影響的統(tǒng)計學(xué)結(jié)論。

圖2. 數(shù)據(jù)集的概覽。（a）TS80m值的直方圖。（b）TS80m值的正態(tài)概率圖。（c-d）log(TS80m)值的對應(yīng)圖(log為自然對數(shù))。

以鈣鈦礦吸收層為例，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，主流的甲脒鉛碘（FAPbI3）系鈣鈦礦和全無機(jī)鈣鈦礦穩(wěn)定性均優(yōu)于甲胺鉛碘（MAPbI3）系，平均提升可達(dá)1.8倍和3.6倍。此外，對于功能層和器件結(jié)構(gòu)，二維鈣鈦礦覆蓋層、器件封裝，以及正式器件中的無機(jī)空穴傳輸層、碳電極、納米顆粒氧化錫電子傳輸層均對器件穩(wěn)定性提升有較大幫助，其中碳電極器件穩(wěn)定性提升可達(dá)7倍以上。

圖3. 器件穩(wěn)定性與容忍因子的關(guān)系。（a）數(shù)據(jù)庫記錄的器件數(shù)量與容忍因子和文章發(fā)表日期相關(guān)的熱圖。（b）數(shù)據(jù)庫記錄的器件最優(yōu)穩(wěn)定性（以TS80m值計）與容忍因子和文章發(fā)表日期相關(guān)的熱圖。（c）不同容忍因子范圍內(nèi)器件TS80m值的核密度估計圖。（d）不同容忍因子范圍內(nèi)器件TS80m值的比值（通過假設(shè)檢驗方法計算）。

圖4. 器件穩(wěn)定性與功能層的關(guān)系。（a-b）不同鈣鈦礦層器件穩(wěn)定性的核密度估計圖和比值。（c-d）不同空穴傳輸層器件穩(wěn)定性的核密度估計圖和比值。（e-f）不同電子傳輸層器件穩(wěn)定性的核密度估計圖和比值。

圖5. 器件穩(wěn)定性與器件結(jié)構(gòu)的關(guān)系。（a-b）正式和反式器件穩(wěn)定性的核密度估計圖和比值。（c-d）有無封裝的器件穩(wěn)定性的核密度估計圖和比值。

文章還討論了模型和方法的不確定性，結(jié)果表明模型參數(shù)的改變和統(tǒng)計方法引入的偏差不會影響統(tǒng)計結(jié)果的正確性，驗證了模型和方法的可靠性。

綜上所述，本工作提出了統(tǒng)一的鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性描述指標(biāo)，并基于大數(shù)據(jù)將統(tǒng)計學(xué)方法應(yīng)用在鈣鈦礦穩(wěn)定性評估上，對領(lǐng)域內(nèi)的研究經(jīng)驗進(jìn)行了驗證，并進(jìn)一步給出了準(zhǔn)確量化的結(jié)論，對進(jìn)一步探索鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性提升策略具有重要參考意義。

審核編輯：郭婷