全无机钙钛矿 CsPbI₂Br 带隙约为 1.9–2.0 eV，具有太空光伏应用潜力，但其器件在高真空、AM0光照和大幅度温度变化共同作用下的性能演变仍需评估。

本研究以玻璃/氧化铟锡（G/ITO）和熔融石英/ITO（FS/ITO）为衬底，制备 CsPbI₂Br 太阳电池，在模拟低地球轨道环境的复合应力下开展热循环测试，并结合薄膜结构、形貌和电学表征分析性能损失及恢复行为。

实验方法

器件采用 n–i–p 结构：Glass/ITO/SnO₂/CsPbI₂Br/Spiro-OMeTAD/Au。薄膜在空气环境中制备，未进行专门湿度控制，也未封装。研究先比较衬底预热对薄膜形成的影响，再对器件进行 AM1.5G 基准测试。热循环测试在 AM0 类模拟光照和 10⁻³ mbar 真空中进行，温度由室温升至 +150 ℃，再降至 −150 ℃，最后回到室温，升降温速率为 30 ℃/min。该测试为地面模拟，并非实际在轨验证；温度范围高于典型低地球轨道条件，用于加速评估热稳定性。热循环后，器件在室温暗态放置 24 h，再次测试。

研究采用紫外–可见吸收光谱、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、外量子效率（EQE）、光强依赖 J–V、瞬态光电流（TPC）和暗态阻抗等方法，分析薄膜结构及载流子行为。

衬底预热改善薄膜结晶

衬底预热前后CsPbI₂Br薄膜的紫外-可见吸收光谱、光学照片及XRD结果

未预热衬底制备的薄膜吸收边约为 550 nm，估算带隙约 2.35 eV，吸收边较缓，颜色偏浅且表面不均匀，说明薄膜结晶和目标相形成不充分。衬底在沉积前于 60 ℃预热 10 min 后，薄膜吸收边移至约 650 nm，带隙降至约 1.89 eV，外观更均匀。XRD出现明显的（100）和（200）衍射峰，CsPbI₂Br对应峰位约为 14.8°和 29.65°，与 CsPbBr₃的 15.45°和 29.98°不同。峰位变化与 Br⁻被较大半径的 I⁻部分取代后晶格膨胀相符。预热有助于溶剂挥发、前驱体铺展和均匀成核；沉积后再经 60 ℃和 250 ℃各 10 min退火，促进结晶及光活性 α 相形成。

玻璃衬底器件的光伏性能与热循环响应

玻璃衬底器件在AM1.5G光照下的J–V曲线，以及31个器件的PCE、FF、VOC和JSC统计结果

G/ITO器件在 AM1.5G 下表现出明显的 J–V 扫描迟滞。冠军器件正向（FW）扫描效率为 4.92%，反向（RV）扫描为 5.73%；两种方向的开路电压（VOC）约为 1.22 V，填充因子（FF）分别为 51.92%和 62.15%，短路电流密度（JSC）分别为 −7.71和 −7.53 mA/cm²。31个器件的统计结果也呈现相同趋势。

 玻璃衬底器件在AM0模拟光照下的热循环性能、热循环前后J–V曲线、EQE及24小时恢复结果

在 AM0 类光照和真空热循环中，玻璃器件的效率随温度呈非线性变化。升温阶段，反向扫描效率下降较明显，主要受 FF 降低影响；冷却和回温阶段出现部分恢复。热循环前，FW和RV效率分别为 2.39%和 5.39%；循环后降至 2.0%和 3.8%，分别保留初始值的约 80%和 70%。EQE积分电流密度由对照状态约 8 mA/cm²降至热循环后约 5.7 mA/cm²。室温暗态恢复24 h后，效率为 2.01%和 3.85%，分别相当于初始值的 84.0%和 71.42%。因此，暗态放置后器件仅部分恢复，仍存在不可逆性能损失。

熔融石英衬底器件的性能变化

熔融石英衬底器件在AM1.5G光照下的J–V曲线及20个器件的光伏参数统计结果

FS/ITO器件在 AM1.5G 下的冠军效率为 RV扫描 6.31%、FW扫描 4.99%，对应 VOC为 1.23 V、JSC为 7.29 mA/cm²、FF为 69.94%；统计样本为20个器件。其基准光伏性能与玻璃衬底器件相近。

熔融石英衬底器件在AM0模拟光照下的热循环性能、J–V曲线、EQE及24小时恢复结果

热循环期间，FS器件的 JSC变化较小，FF在升温阶段下降，并在冷却和回温阶段有所恢复。热循环前，FW和RV效率分别为 2.22%和 3.49%；循环后分别降至 1.78%和 1.96%，保留率约为 80%和 56%。循环后的 J–V 曲线出现明显 S 形，说明输运层界面存在电荷积累和非理想电荷提取。EQE积分电流密度由约 6.6 mA/cm²降至约 6.1 mA/cm²。暗态恢复24 h后，FW和RV效率分别回升至 2.09%和 3.12%，相当于初始值的约 94%和 89%。

热膨胀失配与电极变化

 器件各功能层的热膨胀系数（CTE）

器件不同功能层的热膨胀系数（CTE）存在差异。钠钙玻璃的 CTE约为 8–9×10⁻⁶ K⁻¹，熔融石英约为 0.55×10⁻⁶ K⁻¹，CsPbI₂Br约为 30–80×10⁻⁶ K⁻¹，且具有各向异性。掺杂 Spiro-OMeTAD的玻璃化转变温度（Tg）约为 117–125 ℃；超过该温度后材料软化，分子运动增强。升降温过程中，各层膨胀和收缩不同步，可能在埋藏界面形成拉伸或压缩应变，诱发界面剥离和微裂纹，破坏电荷传输路径并增加串联电阻，最终降低 FF和光电转换效率。

热循环后，两种衬底器件的 Au电极均出现裂纹、颗粒分布不均和局部连接减少。研究认为，电极微裂纹和连接性下降可能增加串联电阻、降低并联电阻，影响 FF和器件效率；这一解释尚非对各功能层失效过程的直接验证。

温度系数与稳态输出

温度系数分析显示，升温时玻璃和FS器件的效率温度系数分别约为 −4×10⁻³ ℃⁻¹和 −3.4×10⁻³ ℃⁻¹。冷却阶段，玻璃器件效率温度系数约为 −6.7×10⁻³ ℃⁻¹，表现出较明显的温度响应和部分恢复；FS器件约为 −1.1×10⁻⁴ ℃⁻¹，主要反映升温后的效率在冷却阶段几乎没有变化，不能据此认定其退化较轻。玻璃器件的温度响应主要来自 FF、JSC和VOC的共同变化。最大功率点（MPP）跟踪结果显示，玻璃器件效率由 2.09%降至 1.8%，FS器件则由 2.40%降至 2.32%。

薄膜结构与光学性质

 两种衬底上CsPbI₂Br薄膜热循环前后的XRD、吸收光谱及SEM形貌

XRD显示，两种衬底上的薄膜在热循环后均保留主要 CsPbI₂Br钙钛矿晶相。玻璃样品的（200）峰相对强度较高，I(200)/I(100)约为 2.55；FS样品该比值约为 0.81–0.82，热循环前后变化较小。FS样品衍射峰位置和强度整体较稳定；玻璃样品（100）峰由 14.73°移至 14.70°，显示轻微晶格变化。两种样品均未检测到明显次级相。约 30.2°处的弱峰可能受到 ITO衍射峰干扰，归属需谨慎。

吸收光谱显示，玻璃衬底薄膜热循环后可见光范围内吸收略有下降；FS衬底薄膜的吸收曲线基本不变，带隙仍约为 1.89 eV。SEM观察发现，G/ITO薄膜整体形貌变化较小，仅出现少量孔洞状特征；FS/ITO薄膜则出现更明显的细尺度结构变化和表面异质性。FS样品的晶相虽保持稳定，表面仍发生介观尺度的形貌重排。

载流子复合、提取与阻抗特征

 光强依赖的VOC和JSC、瞬态光电流衰减曲线，以及暗态阻抗Cole–Cole图

光强依赖测试中，FS器件的理想因子由对照状态的 2.56升至热循环后的 2.95，并在恢复状态达到 4.33，表明非辐射复合通道和电荷传输限制可能增强。玻璃器件的理想因子在不同状态下维持约 2.2–2.4。两种衬底器件的 JSC均与光强近似线性相关，说明空间电荷效应引起的电荷积累较弱。

TPC测试显示，玻璃器件的对照样品和热循环样品电流约在 15 ms内衰减，恢复样品则出现较长电流尾部，提示陷阱辅助复合或界面缺陷增加。FS器件的对照样品载流子提取较慢，热循环和恢复后衰减加快，恢复样品约 15 ms回到基线，说明载流子提取过程有所改善。

暗态阻抗分析显示，玻璃器件热循环后电子传输电阻由对照状态的 7.4 MΩ降至 4.9 MΩ，恢复状态升至 11 MΩ；离子传输电阻由约 5 kΩ降至 2 kΩ，离子电容由约 15 nF降至 8 nF。FS器件电子传输电阻由 24.6 MΩ降至 8.5 MΩ，恢复状态接近对照值；离子传输电阻由约 3 kΩ降至 1 kΩ，离子电容由约 1 nF升至 50 nF。研究认为，FS器件界面电荷积累可能与热应力及输运层损伤有关；各功能层的具体贡献仍需截面逐层表征确认。

本研究结果显示衬底预热有助于在空气环境中制备结晶度较高、相结构较稳定的 CsPbI₂Br 薄膜。玻璃和熔融石英衬底器件在 AM1.5G下具有相近的基准性能，但在 AM0类光照、真空和极端温度循环的复合应力下表现出不同的性能变化。玻璃器件在热循环中具有较明显的可逆温度响应；FS器件循环后的即时不可逆损失较大，但经过24 h暗态放置后，效率恢复比例更高。薄膜晶相、表面形貌、界面应力、输运层和电极变化均与器件性能演变有关。衬底评价需同时考虑热循环中的即时损伤和后续恢复表现，不能仅依据单一温度系数判断器件稳定性。

原文参考：Performance evolution of CsPbI2Br perovskite solar cells under space-equivalent stressors

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