【摘要】 解析 CsPbI3 钙钛矿太阳能电池中 Cs-rich 与 Pb-rich 表面对长期稳定性的影响，说明 Pb-rich 表面器件衰减与 β-CsPbI3 向 δ-CsPbI3 相转变之间的关系。

 

行业背景：为什么CsPbI3电池不能只看初始效率？​

在 CsPbI3 钙钛矿太阳能电池研究中，初始效率是重要指标，但并不能完全代表器件长期运行表现。对于 CsPbI3 体系而言，表面处理可能提升初始输出，同时也可能影响晶相稳定性。因此，界面改性策略需要同时评价效率、稳定性和相转变行为。

相关研究显示，Pb-rich 表面更有利于提升 PIN 器件初始输出，但长期稳定性相对不足；Cs-rich 表面初始效率不占优势，却更有利于相稳定。科学指南针可提供 fs-TAS 飞秒瞬态吸收测试服务，并建议在稳定性研究中结合 XRD/GIXRD、PL、UPS/XPS 等结果，综合判断器件衰减原因。

 

研究问题：Pb-rich表面为什么初始输出更高但稳定性较弱？​

研究人员通过在 CsPbI3 表面蒸镀约 1 nm CsI 或 PbI2，构筑 CsI-rich 和 PbI2-rich 表面。测试结果显示，两种表面处理均能在一定程度上钝化缺陷，但它们形成的表面偶极方向不同，对 PIN 器件电荷抽取产生不同影响。

Pb-rich 表面更有利于初始器件输出，但稳定性测试显示其长期保持能力弱于 CsI-rich 表面。这说明，界面处理带来的初始性能提升，并不一定意味着长期稳定性同步改善。对于 CsPbI3 界面工程而言，效率和稳定性需要同时评价。

 

稳定性表现：CsI-rich与Pb-rich表面的差异

在 20% RH 和 AM1.5 持续光照条件下，CsI-rich 表面器件在 220 小时后几乎没有明显性能损失；而 Pb-rich 表面器件在 120 小时后仅保留约 60% 初始性能。

图5：CsI-rich 表面初始效率不占优，但长期稳定性更好；Pb-rich 表面效率更高，却更容易发生相转变和性能衰减。

这一结果说明，CsI-rich 表面虽然初始效率不占优，但在长期光照和一定湿度条件下具有更好的性能保持能力。Pb-rich 表面虽然能够带来较高初始输出，但后续衰减更快。因此，CsPbI3 表面设计不能只依据初始效率判断优劣。

 

相转变分析：β-CsPbI3向δ-CsPbI3转变为何重要？​

CsPbI3 的稳定性与晶相变化密切相关。该研究进一步通过 PL 和 XRD 分析指出，Pb-rich 表面器件快速衰减与 β-CsPbI3 向 δ-CsPbI3 的相转变有关。

XRD 可用于分析钙钛矿材料晶体结构和物相变化，GIXRD 则常用于薄膜近表面结构信息分析。在 CsPbI3 稳定性研究中，XRD/GIXRD 结果有助于判断表面处理后材料是否发生相转变，以及相转变是否与器件性能衰减相关。

 

联用思路：稳定性衰减不能只看效率曲线

要解释 CsPbI3 器件稳定性差异，不能只观察效率随时间下降的曲线。更完整的分析需要结合表面组成、能级变化、复合行为、载流子动力学和晶相结构。

XPS 可用于确认表面 Cs:Pb 比变化，UPS 可用于分析功函数和表面偶极变化，PL/TRPL 可用于判断缺陷钝化与复合行为，fs-TAS 可用于追踪界面电荷转移过程，XRD/GIXRD 可用于分析晶相变化。科学指南针可通过 fs-TAS 测试帮助研究人员理解稳定性差异背后的载流子动力学因素，并与其他表征结果共同支撑失效机制判断。

 

应用价值：界面设计应兼顾效率和长期可靠性

该研究对 CsPbI3 界面工程的启示在于，表面处理策略需要根据目标性能进行选择。如果研究重点是提升 PIN 器件初始输出，Pb-rich 表面具有一定优势；如果研究重点是保持长期稳定性，Cs-rich 表面更值得关注。

更重要的是，缺陷钝化并不是唯一评价维度。表面偶极方向、界面电荷抽取、器件架构和相稳定性共同影响最终器件表现。对于科研检测和机理分析而言，应将效率测试、稳定性测试、晶相表征和超快动力学分析结合起来，而不是将高初始效率等同于高稳定性。

 

结语

CsPbI3 表面层调控研究显示，Pb-rich 表面有利于提升初始器件输出，但长期稳定性较弱；Cs-rich 表面初始效率不占优，却更有利于相稳定。在 20% RH 和 AM1.5 持续光照条件下，CsI-rich 表面器件 220 小时后几乎无明显性能损失，而 Pb-rich 表面器件 120 小时后约保留 60% 初始性能。结合 PL 和 XRD 分析，Pb-rich 表面器件快速衰减与 β-CsPbI3 向 δ-CsPbI3 的相转变有关。

 

论文原文信息Ran Ji, Nathaniel Gallop, Shivam Singh, Richard Beier, Yitian Du, Zongbao Zhang, Fulya Koc, Marielle Deconinck, Vladimir Shilovskikh, Jose Roberto Bautista-Quijano, Boris Rivkin and Yana Vaynzof.The critical role of surface dipoles in CsPbI3 perovskite solar cells.Energy & Environmental Science, 2026. DOI: 10.1039/D5EE07787G.