AEM: 水溶性V₂O₅₋ₓ实现高效倒置钙钛矿太阳能电池,兼具高工作与反向偏压稳定性

钙钛矿太阳能电池(PSCs)在长期稳定性方面面临挑战，尤其是在反向偏压下。

本研究香港理工大学Jiaming Huang、李刚和宁波大学黄利克等人将水溶性五氧化二钒(V₂O₅₋ₓ)作为空穴收集层引入倒置PSCs中，以提升其在工作、热循环及反向偏压条件下的光伏性能与多场景稳定性。对在50–250°C退火的V₂O₅₋ₓ进行了多项物性表征，发现150°C退火可优化氧空位、降低陷阱密度并改善界面载流子收集。基于(FA₀.₈₅MA₀.₁₇)₀.₉₅Cs₀.₀₅Pb(I₀.₉₅Br₀.₀₅)₃吸收层的冠军器件实现了23.3%的功率转换效率(PCE)，滞后可忽略(HI = 0.64%)，且具有良好稳定性(储存1000小时后仍保持约88%的初始PCE)。进一步采用Cs₀.₀₅MA₀.₁₇FA₀.₈₅PbI₃作为吸收层，并结合V₂O₅₋ₓ/SAM作为空穴收集层，器件PCE可进一步提升至25.88%(HI = 3.26%)，优于仅使用SAM的器件(PCE = 24.94%，HI = 5.47%)。此外，器件的工作稳定性与热循环稳定性也显著提升。

关键的是，V₂O₅₋ₓ将反向击穿电压从约|–2| V提升至|–6| V，赋予器件更高的反向偏压稳定性与阴影效应耐受性。这些结果表明，V₂O₅₋ₓ可同时提升PSCs的效率与稳定性，为实现高效、耐用的PSCs提供了有前景的路径。

研究亮点：

绿色简易工艺：采用水溶液法制备V₂O₅₋ₓ空穴收集层，无需有机溶剂，工艺简单、环境友好，适用于低温大面积制备。

界面与缺陷协同优化：通过150°C退火调控V₂O₅₋ₓ中氧空位与V⁴⁺比例，优化能级匹配、降低界面陷阱密度，显著提升器件效率与稳定性。

反向偏压耐受性突破：V₂O₅₋ₓ层将器件的反向击穿电压从|–2| V大幅提升至|–6| V，显著增强其在阴影、热斑等实际工况下的可靠性。

S. Kang, J. Zhang, H. Liang, et al. “ Water-Soluble V2O5-x Enables Efficient Inverted Perovskite Solar Cells With High Operational and Reverse Bias Stability.” Advanced Energy Materials (2025): e06005.

https://doi.org/10.1002/aenm.202506005