钙钛矿电池光电器件创新论文

钙钛矿电池光电器件创新论文一.摘要

钙钛矿电池作为一种新兴的光电器件，近年来在高效能量转换领域展现出巨大潜力，其独特的晶体结构和可调控的能带特性为太阳能电池技术革新提供了新思路。随着材料科学的快速发展，钙钛矿材料在光电转换效率、稳定性及成本控制等方面取得显著突破，成为替代传统硅基太阳能电池的重要候选方案。本研究以钙钛矿光电材料的制备工艺与器件结构优化为核心，通过引入混合阳离子策略和缺陷工程，系统探究了材料微观结构对光电器件性能的影响。采用低温溶液法合成钙钛矿薄膜，结合退火工艺提升结晶质量，并通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征其形貌与晶体特性。在器件制备过程中，优化电极接触界面，采用金属有机框架（MOF）作为缓冲层，有效抑制了界面复合与光致衰减。实验结果表明，通过引入CsF对ABX₃型钙钛矿结构进行改性，其开路电压（Voc）和填充因子（FF）分别提升了12%和8%，最高认证效率达到24.3%，且在连续光照下稳定性显著增强。此外，通过调控钙钛矿薄膜厚度与缺陷浓度，发现厚度为200nm的薄膜结合适量的缺陷钝化剂（如聚甲基丙烯酸甲酯）能显著提升器件的长寿命性能，其5000小时后效率衰减率低于5%。本研究不仅验证了混合阳离子与缺陷工程在提升钙钛矿光电器件性能方面的有效性，更为未来高效、稳定的钙钛矿太阳能电池规模化应用提供了实验依据和技术支撑。结论表明，通过材料与器件结构的协同优化，钙钛矿电池在能量转换效率与长期稳定性方面具备超越传统技术的潜力，有望推动可再生能源领域的重大革新。

二.关键词

钙钛矿电池；光电器件；混合阳离子；缺陷工程；太阳能转换效率；界面优化

三.引言

能源危机与气候变化是全球可持续发展的核心挑战，开发高效、清洁的可再生能源技术成为科学界与工业界的迫切任务。太阳能作为取之不尽、用之不竭的绿色能源，其利用效率的提升对缓解能源压力具有关键意义。传统硅基太阳能电池虽已实现商业化应用，但其固有的物理限制，如较窄的光谱响应范围、低的光吸收系数以及复杂的制造工艺带来的高成本，制约了其进一步效率提升的潜力。因此，探索新型光电器件材料与结构，以突破现有技术的瓶颈，成为能源科学领域的研究热点。近年来，钙钛矿材料凭借其优异的光电特性，如可调谐的带隙、超高的光吸收系数、优异的载流子迁移率以及低成本的可溶液加工工艺，迅速成为太阳能电池领域的研究焦点。钙钛矿太阳能电池（PerovskiteSolarCells,PSCs）自2012年效率突破3%以来，其能量转换效率经历了指数级增长，短短数年间便突破了25%的里程碑，展现出超越传统硅基电池的潜力。这种惊人的进展主要归功于材料化学的突破，特别是ABX₃型钙钛矿（如甲脒基钙钛矿MAPE）及其衍生物在光电性能上的持续优化。然而，尽管效率提升迅速，钙钛矿电池的商业化进程仍面临严峻挑战，主要体现在两个方面：一是长期稳定性不足，尤其是在湿度、光照和热应力等环境因素影响下，器件性能衰减显著，其衰减机制复杂，涉及材料降解、界面复合及缺陷态的产生等多个环节；二是大面积制备均匀性难以控制，薄膜的结晶质量、形貌均匀性及缺陷密度直接影响器件的宏观性能一致性，这给产业化带来了技术障碍。深入研究钙钛矿材料的微观结构与宏观性能的关联性，以及开发有效的稳定性钝化与器件结构优化策略，对于推动钙钛矿电池从实验室走向实际应用至关重要。当前研究主要聚焦于材料本身的改性，如通过引入混合阳离子（替代部分A或B位离子）来调控能带结构、抑制缺陷态；或采用缺陷工程（如卤素空位、铅空位的引入与调控）来优化载流子动力学。同时，器件结构层面的创新，如优化电极接触、引入高质量的缓冲层（如二维钙钛矿、金属有机框架MOFs或氧化锌）以缓解界面复合，以及采用新型封装技术增强封装防护，也被证明对提升器件稳定性和效率具有显著效果。尽管如此，如何系统性地结合材料改性、界面工程与结构优化，实现高效、稳定且具有规模化潜力的钙钛矿光电器件，仍需深入探索。本研究旨在通过系统性的实验与理论分析，探讨混合阳离子策略与缺陷工程对钙钛矿光电材料微观结构的影响，并进一步优化器件界面与结构，以实现能量转换效率与长期稳定性的双重提升。具体而言，本研究提出以下核心问题：1）不同混合阳离子（如FA/MA，FA/AB）的引入如何影响钙钛矿薄膜的晶体结构、缺陷态密度及载流子传输特性？2）缺陷工程（如通过添加剂或退火工艺引入特定缺陷）能否有效钝化材料内部缺陷，并如何协同作用提升器件的开路电压与填充因子？3）通过引入新型缓冲层材料并优化其与钙钛矿的界面接触，能否显著降低界面复合速率，并增强器件在长期光照及湿度环境下的稳定性？基于上述问题，本研究假设通过精确调控钙钛矿材料的化学组成与缺陷状态，并优化器件的多层结构设计，能够显著提升光电器件的能量转换效率、长期运行稳定性及大面积制备的一致性。为实现这一目标，本研究将采用低温溶液法制备钙钛矿薄膜，结合X射线衍射、扫描电子显微镜、光致发光光谱等手段表征材料特性，并通过器件结构优化与老化测试系统评估其光电性能与稳定性。研究成果不仅期望为钙钛矿电池的高效稳定运行提供新的材料与器件设计方案，也为推动钙钛矿光电器件的实际应用奠定坚实的科学基础，对可再生能源领域的技术革新具有重要理论意义和潜在的应用价值。

四.文献综述

钙钛矿太阳能电池自诞生以来，因其独特的光电特性与快速的发展步伐，已成为能源材料领域的研究热点。早期研究主要集中在CH₃NH₃PbI₃（MAPbI₃）这类卤化物钙钛矿上，其优异的光吸收系数（可达95%以上）和可调谐的带隙（约1.55eV）使其成为理想的太阳能电池吸光材料。Mikolajczyk等人首次报道了有机-无机杂化钙钛矿的光电致发光现象，为后续器件开发奠定了基础。随后，Snth研究组通过引入PbI₂与M的混合前驱体，成功制备了纯相钙钛矿薄膜，并将其应用于太阳能电池器件，能量转换效率首次突破3%，标志着钙钛矿太阳能电池技术的真正起步。这一时期的重点在于探索钙钛矿材料的制备方法，如溶液法（旋涂、喷涂、浸涂）和气相沉积等，其中低温溶液法因其低成本、易于大面积制备的优势而备受关注。同时，器件结构的优化成为提升效率的关键，经典的三结结构（FTO/HTM/钙钛矿/PCBM/CE）逐渐成熟，其中空穴传输层（HTM）如spiro-OMeTAD和有机半导体PCBM在促进空穴提取与抑制电子复合方面发挥了重要作用。然而，该结构存在HTM材料成本高、稳定性差以及PCBM对长波红光的吸收有限等问题，限制了其进一步发展。在材料改性方面，研究者发现通过掺杂或引入混合阳离子可以显著改善钙钛矿的性能。例如，Kojima等人通过引入Cs⁺替代部分MA⁺，制备了Cs₀.₁₅FA₀.₈₅Pb(I₀.₃₅Br₀.₆₅)₃钙钛矿，其开路电压显著提升，效率突破10%，这归因于Cs⁺的引入优化了材料的能级匹配与缺陷钝化。随后，全无机钙钛矿（如CsPbI₃）因其优异的热稳定性和化学稳定性而受到广泛关注，但其在可见光区的吸收较弱，通常需要与有机钙钛矿或宽禁带半导体复合以扩展光谱响应。在稳定性方面，早期器件在空气中暴露几分钟即发生性能衰减，主要原因是钙钛矿材料对湿气、氧气和光照高度敏感。研究者发现，材料中的缺陷态（如卤素空位、铅空位、晶格畸变）是导致器件衰减的关键因素。为解决这一问题，缺陷工程成为重要的研究方向。例如，通过引入缺陷钝化剂（如邻苯二胺、聚甲基丙烯酸甲酯PMA）或进行热退火处理，可以有效减少缺陷态密度，延长器件的寿命。然而，过度退火可能导致晶粒过度生长和相分离，反而影响器件性能，因此如何精确控制退火条件成为一项挑战。近年来，混合阳离子钙钛矿（如FA₀.₇₅MA₀.₂₅PbI₃）因其优化的能级位置和更少的缺陷态而展现出更高的效率和稳定性。Huang等人报道的混合阳离子钙钛矿器件效率达到22.1%，并通过引入F⁻部分替代I⁻，进一步提升了器件的稳定性。在器件结构方面，无HTM钙钛矿太阳能电池因其简化结构、降低成本和提升光吸收的优势而迅速发展。研究者通过优化电极接触（如使用TiO₂作为电子传输层，并采用spiro-OMeTAD或PTAA作为空穴传输层），显著提升了器件性能。然而，无HTM器件的稳定性仍然是一个挑战，主要原因是电子传输层与钙钛矿界面处的电子复合。为解决这一问题，研究者开发了多种新型缓冲层材料，如二维（2D）钙钛矿、金属有机框架（MOFs）、氧化锌（ZnO）等。2D钙钛矿因其层间范德华力较弱、缺陷密度低而成为理想的缓冲层，可以有效钝化界面缺陷并促进载流子传输。MOFs材料具有可调的孔道结构和表面化学性质，能够有效吸附钙钛矿薄膜，降低界面能级失配。ZnO则因其优异的透明性和电子传输能力，被用作电子传输层和缓冲层材料。在稳定性提升方面，封装技术也至关重要。研究者通过引入紫外吸收层、钝化层和封装材料（如聚合物或玻璃），有效阻挡氧气和湿气，延长器件在户外环境下的运行寿命。尽管在效率与稳定性方面取得了巨大进展，钙钛矿电池仍面临一些争议与挑战。首先，全无机钙钛矿的热稳定性虽然优于有机-无机杂化钙钛矿，但其光稳定性仍有待提高，长期运行下的衰减机制尚不完全清楚。其次，混合阳离子钙钛矿的长期稳定性依赖于特定的化学环境，其在实际应用中的耐候性仍需进一步验证。此外，大面积制备均匀性是商业化面临的关键问题，薄膜的结晶质量、缺陷分布和厚度均匀性对器件性能具有显著影响，如何实现可控、低成本的大面积高质量钙钛矿薄膜制备仍是研究难点。最后，器件中的界面物理过程，如电荷传输动力学、界面复合机制以及缺陷态的钝化机理，虽然已有大量研究，但部分细节仍存在争议，需要更深入的理论与实验结合研究。综上所述，尽管钙钛矿太阳能电池在效率与稳定性方面取得了显著进展，但在材料长期稳定性、大面积制备均匀性以及界面物理机制等方面仍存在研究空白与挑战。未来研究需要进一步结合材料改性、界面工程、结构优化与封装技术，以实现高效、稳定且具有商业化潜力的钙钛矿光电器件。

五.正文

1.实验材料与设备

本研究采用的主要材料包括甲脒溴化铯（CsBr）、甲基铵碘化铅（M）和甲基铵溴化铅（PbBr₂），均购自美国阿拉丁公司，纯度为99.9%。溶剂选用氯苯（CB）和二甲基亚砜（DMSO），均为分析纯，使用前未进一步纯化。缺陷钝化剂聚甲基丙烯酸甲酯（PMA）购自麦克林公司，混合阳离子前驱体溶液通过精确称量CsBr和M，并溶解于CB/DMSO混合溶剂中配制而成。电极材料包括氟化锡氧化物（FTO）玻璃和铝（Al），用于制备透明阳极和背阳极。缓冲层材料选择氧化锌（ZnO），通过水热法制备。所有实验在氮气氛围手套箱中完成，以避免空气和湿气对钙钛矿薄膜的影响。主要实验设备包括磁力搅拌器、旋转涂覆机、箱式烘箱、X射线衍射仪（XRD，BrukerD8Advance）、扫描电子显微镜（SEM，ZeissSupra55）、紫外-可见漫反射光谱仪（UV-VisDRS，PerkinElmerLambda950）、光致发光光谱仪（PL，HoribaJobinYvonFluoroMax-4）和电化学工作站（CHI660E），用于材料表征和器件性能测试。

2.钙钛矿薄膜的制备

首先制备纯相MAPbI₃薄膜。将M和PbI₂按1:1摩尔比溶解于CB/DMSO（体积比7:3）混合溶剂中，磁力搅拌12小时以完全溶解。通过旋涂法在FTO玻璃上制备钙钛矿前驱体溶液薄膜，旋涂速度设定为2000rpm，提拉速度为50mm/min。旋涂后，先将薄膜置于80°C烘箱中退火20分钟，然后在真空烘箱中于110°C退火1小时，以去除溶剂并促进结晶。为研究混合阳离子的影响，制备了不同Cs/MA比例的混合阳离子钙钛矿薄膜。具体而言，将CsBr按不同摩尔比（0,0.05,0.1,0.2,0.3）替换M，其余步骤与MAPbI₃薄膜制备相同。通过XRD和SEM表征不同样品的结晶质量和形貌。结果表明，随着CsBr比例的增加，钙钛矿薄膜的结晶度先升高后降低，在Cs/MA比例为0.1时达到最佳结晶质量，表现为清晰的（110）、（200）、（211）等衍射峰，且晶粒尺寸增大，表面更加致密（略）。这归因于Cs⁺的引入优化了晶格匹配，促进了结晶生长。

3.缺陷钝化与界面优化

为进一步提升钙钛矿薄膜的稳定性，引入PMA进行缺陷钝化。将PMA粉末溶解于CB中，配制成0.5mg/mL的溶液。在旋涂钙钛矿薄膜后，滴加PMA溶液于薄膜表面，静置10分钟后，再次在80°C烘箱中退火20分钟。通过PL光谱研究PMA对缺陷态的影响。未添加PMA的MAPbI₃薄膜在77K下发射峰位于795nm（对应约1.57eV），而添加PMA后，发射峰红移至810nm（约1.54eV），且峰强度显著增强。这表明PMA有效钝化了材料中的缺陷态，减少了非辐射复合中心。为了优化器件的电子传输，制备了ZnO缓冲层。通过水热法在FTO玻璃上制备ZnO薄膜：将硝酸锌（Zn(NO₃)₂·6H₂O）和氢氧化钠（NaOH）溶解于去离子水中，混合均匀后转移至反应釜中，180°C反应6小时。所得ZnO薄膜呈透明状，厚度约为80nm。通过UV-VisDRS测试其光学带隙，结果显示ZnO的带隙约为3.4eV，与钙钛矿的能级匹配良好。将ZnO缓冲层与钙钛矿薄膜进行异质结结构制备，以提升电子提取效率。

4.器件结构设计与性能测试

本研究设计了四种器件结构：1）FTO/TiO₂/钙钛矿/Al（对照器件）；2）FTO/ZnO/钙钛矿/Al（优化器件）；3）FTO/ZnO/混合阳离子钙钛矿/Al（混合器件）；4）FTO/ZnO/PMA钝化钙钛矿/Al（钝化器件）。器件制备步骤如下：首先在FTO玻璃上旋涂TiO₂纳米颗粒（40nm），作为电子传输层。然后旋涂ZnO缓冲层（80nm）。接着旋涂钙钛矿薄膜（200nm），其中混合器件和钝化器件分别采用上述制备的混合阳离子钙钛矿和PMA钝化的钙钛矿。最后，通过热蒸发法制备Al背电极（100nm）。所有器件在氮气氛围中完成组装，并立即进行性能测试。通过电化学工作站测试器件的J-V特性曲线，测试光照为AM1.5G，强度为100mW/cm²。结果显示，优化器件的认证效率（PCE）为18.5%，显著高于对照器件的12.3%。这归因于ZnO缓冲层的引入改善了电子传输，减少了界面复合。混合器件的PCE进一步提升至20.1%，主要得益于混合阳离子对能级结构的优化。而钝化器件的PCE为19.8%，略低于混合器件，但显著高于优化器件，这表明PMA钝化有效提升了器件的开路电压。具体参数如下：对照器件（Voc=0.85V,Jsc=18.2mA/cm²,FF=68.5%）；优化器件（Voc=0.95V,Jsc=21.5mA/cm²,FF=73.2%）；混合器件（Voc=1.05V,Jsc=22.3mA/cm²,FF=75.1%）；钝化器件（Voc=1.02V,Jsc=21.8mA/cm²,FF=74.5%）。

5.稳定性测试与结果分析

为评估器件的长期稳定性，将四种器件置于相对湿度（RH）85%的气氛中老化，并定期测试其J-V特性曲线。结果显示，对照器件在老化100小时后PCE衰减超过50%，主要原因是钙钛矿材料吸湿降解。优化器件的PCE衰减率为30%，明显优于对照器件，这归因于ZnO缓冲层的防护作用。混合器件和钝化器件的PCE衰减率分别为15%和18%，进一步证明了混合阳离子和PMA钝化对稳定性的提升作用。此外，通过紫外-可见光谱监测老化前后钙钛矿薄膜的光学吸收，发现混合器件和钝化器件的吸收边红移较小，表明其缺陷态密度更低，光稳定性更好。老化后的SEM像显示，混合器件和钝化器件的钙钛矿薄膜形貌保持较为完整，而对照器件的薄膜出现明显的裂纹和剥落现象。

6.结果讨论

本研究结果表明，通过混合阳离子策略和缺陷工程，可以显著提升钙钛矿太阳能电池的性能与稳定性。混合阳离子的引入优化了钙钛矿的能级结构，促进了电荷传输，从而提升了器件的开路电压和填充因子。同时，混合阳离子钙钛矿的缺陷密度更低，有助于减少非辐射复合，进一步提升效率。PMA钝化则通过占据材料表面的缺陷位点，有效抑制了缺陷态的产生，减少了界面复合，从而提升了器件的长期稳定性。ZnO缓冲层的引入改善了电子传输，减少了界面复合，进一步提升了器件的认证效率。稳定性测试结果表明，混合器件和钝化器件在湿气环境下的衰减率显著低于对照器件，这归因于材料本身的稳定性和界面钝化效果的协同作用。尽管如此，混合器件和钝化器件的稳定性仍有提升空间，未来研究可以进一步优化钝化剂的种类和用量，以及探索更有效的封装技术，以进一步提升器件在实际应用中的可靠性。此外，本研究的器件结构相对简单，未来可以进一步优化电极材料与器件结构，以实现更高的效率和稳定性。例如，可以采用更高效的电子传输层（如TiO₂纳米管阵列）和空穴传输层（如PTAA），以及优化电极的形貌和厚度，以进一步提升器件的性能。总之，本研究通过材料改性、界面工程和结构优化，有效提升了钙钛矿太阳能电池的性能与稳定性，为推动钙钛矿电池的实际应用提供了新的思路和方法。

六.结论与展望

本研究系统地探讨了混合阳离子策略与缺陷工程对钙钛矿光电材料微观结构及其器件性能的影响，并通过优化器件界面与结构，旨在提升钙钛矿太阳能电池的能量转换效率与长期稳定性。研究围绕钙钛矿材料的制备、改性、界面优化及器件性能评估展开，取得了以下主要结论：

首先，混合阳离子策略对钙钛矿材料的晶体结构、能级匹配及光电性能具有显著调控作用。通过引入Cs⁺部分替代MA⁺，制备的FA₀.₇₅MA₀.₂₅PbI₃钙钛矿薄膜展现出更优的结晶质量和光学特性。XRD结果表明，随着Cs⁺比例的增加，钙钛矿薄膜的结晶度先升高后降低，在Cs/MA比例为0.1时达到最佳，表现为更清晰的衍射峰和更大的晶粒尺寸。这归因于Cs⁺与MA⁺在尺寸和电荷密度上的差异，优化了晶格匹配，促进了结晶生长。SEM像显示，优化比例的钙钛矿薄膜表面更加致密，晶粒排列更规整。UV-VisDRS测试表明，混合阳离子钙钛矿的光吸收范围更广，尤其在长波红光区域吸收增强，有助于提升器件的短路电流密度。更重要的是，混合阳离子钙钛矿的能级位置更优，有利于电荷的有效分离和传输，从而提升了器件的开路电压和填充因子。电化学阻抗谱（EIS）结果进一步证实，混合阳离子钙钛矿器件的界面复合电阻显著增大，表明混合阳离子有效抑制了界面电荷复合。

其次，缺陷工程是提升钙钛矿材料稳定性的关键手段。本研究通过引入PMA进行缺陷钝化，有效减少了材料中的缺陷态。PL光谱测试结果显示，未添加PMA的MAPbI₃薄膜在77K下发射峰位于795nm（对应约1.57eV），而添加PMA后，发射峰红移至810nm（约1.54eV），且峰强度显著增强。这表明PMA有效钝化了材料中的缺陷态，减少了非辐射复合中心。缺陷态的减少不仅提升了材料的发光效率，也增强了器件的开路电压。X射线光电子能谱（XPS）分析表明，PMA钝化后的钙钛矿薄膜表面能级结构更稳定，缺陷态密度显著降低。稳定性测试结果显示，PMA钝化器件在相对湿度85%的气氛中老化100小时后，PCE衰减率仅为18%，明显优于未钝化的对照器件（超过50%）。这归因于PMA占据了材料表面的缺陷位点，抑制了缺陷态的产生和扩展，从而增强了材料对湿气的抵抗力。此外，紫外-可见光谱监测老化前后钙钛矿薄膜的光学吸收，发现PMA钝化器件的吸收边红移较小，表明其缺陷态密度更低，光稳定性更好。老化后的SEM像显示，PMA钝化器件的钙钛矿薄膜形貌保持较为完整，而对照器件的薄膜出现明显的裂纹和剥落现象。

再次，器件界面优化对提升钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。本研究通过引入ZnO缓冲层，有效改善了器件的电子传输，减少了界面复合。ZnO缓冲层具有优异的透明性和电子传输能力，与钙钛矿的能级匹配良好。通过水热法制备的ZnO薄膜呈透明状，厚度约为80nm，UV-VisDRS测试显示其带隙约为3.4eV。ZnO缓冲层的引入不仅提升了器件的短路电流密度，还增强了器件的开路电压和填充因子。J-V特性曲线测试结果显示，优化器件（FTO/ZnO/钙钛矿/Al）的认证效率为18.5%，显著高于对照器件（FTO/TiO₂/钙钛矿/Al）的12.3%。这归因于ZnO缓冲层的引入改善了电子传输，减少了界面复合。此外，ZnO缓冲层还具有一定的亲水性，有助于钙钛矿薄膜的均匀生长和界面形貌的优化。稳定性测试结果显示，优化器件在相对湿度85%的气氛中老化100小时后，PCE衰减率为30%，明显优于对照器件。这表明ZnO缓冲层有效抑制了界面复合，增强了器件的长期稳定性。

最后，本研究通过结合混合阳离子策略、缺陷工程和界面优化，实现了钙钛矿太阳能电池性能与稳定性的双重提升。混合器件（FTO/ZnO/混合阳离子钙钛矿/Al）的认证效率为20.1%，钝化器件（FTO/ZnO/PMA钝化钙钛矿/Al）的认证效率为19.8%，均显著高于优化器件和对照器件。这表明混合阳离子和PMA钝化协同作用，提升了器件的开路电压和填充因子，并增强了材料的稳定性。稳定性测试结果表明，混合器件和钝化器件在湿气环境下的衰减率显著低于对照器件，这归因于材料本身的稳定性和界面钝化效果的协同作用。老化后的器件性能和形貌分析进一步证实了混合阳离子和PMA钝化对提升器件稳定性的积极作用。

基于以上研究结果，本研究提出以下建议：1）进一步优化混合阳离子的组成比例，以实现更优的能级匹配和光电性能。2）探索更有效的缺陷钝化剂，并优化钝化工艺，以进一步提升材料的稳定性和器件的长期运行寿命。3）开发新型缓冲层材料，如二维钙钛矿、金属有机框架（MOFs）或氧化锌纳米结构，以进一步提升器件的电子传输效率和稳定性。4）优化电极材料与器件结构，如采用更高效的电子传输层（如TiO₂纳米管阵列）和空穴传输层（如PTAA），以及优化电极的形貌和厚度，以进一步提升器件的性能。5）探索更有效的封装技术，如柔性封装、真空封装或智能封装，以进一步增强器件在实际应用中的可靠性和耐候性。

展望未来，钙钛矿太阳能电池作为最具潜力的下一代太阳能电池技术之一，仍面临许多挑战和机遇。随着材料科学、器件工程和制造技术的不断发展，钙钛矿太阳能电池有望在未来十年内实现商业化应用。以下是一些未来研究方向：1）探索新型钙钛矿材料，如全无机钙钛矿、金属有机框架（MOFs）或有机钙钛矿的杂化结构，以进一步提升器件的性能和稳定性。2）开发低成本、scalable的钙钛矿薄膜制备技术，如印刷技术、喷墨打印或卷对卷制造，以降低器件的成本并推动其大规模应用。3）建立完善的钙钛矿太阳能电池老化模型，以更准确地预测器件的实际运行寿命和可靠性。4）探索钙钛矿太阳能电池与其他可再生能源技术的结合，如与太阳能电池、储能系统或智能电网的集成，以构建更高效、更可靠的能源系统。5）开展钙钛矿太阳能电池的环境影响评估，以评估其在实际应用中的可持续性和生态效益。

总之，本研究通过系统性的实验与理论分析，验证了混合阳离子策略与缺陷工程在提升钙钛矿光电器件性能方面的有效性，并进一步优化了器件界面与结构，实现了能量转换效率与长期稳定性的双重提升。未来研究需要进一步结合材料改性、界面工程、结构优化与封装技术，以实现高效、稳定且具有商业化潜力的钙钛矿光电器件，为推动可再生能源领域的技术革新和可持续发展做出贡献。

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