钙钛矿太阳能电池(PSCs)发展迅速, 其能量转换效率(PCE)被一再刷新, 但长期稳定性还有待提高。目前大部分高效率钙钛矿太阳能电池在惰性气体环境中完成制备, 成本高且操作空间有限, 不利于产业化应用。本研究成功在空气中制备了具有超长稳定性的混合阳离子钙钛矿太阳能电池, 系统探究了A位阳离子掺杂对钙钛矿微观结构、光电性能以及稳定性的影响。实验结果表明, 掺杂FA⁺和Cs⁺可以提高钙钛矿薄膜质量, 优化钙钛矿/SnO₂的能级排列, 抑制载流子复合, 显著提高器件的光电转换效率、长期以及湿热稳定性。Cs_0.05MA_0.35FA_0.6PbI₃电池的最佳PCE为19.34%, 在(20±5) ℃, 相对湿度<5%的黑暗环境中放置242 d后, 仍保持初始效率的85%。MAPbI₃电池在同样测试条件下放置112 d后, 效率下降为初始值的30%。掺杂FA⁺和Cs⁺也显著提高了电池的抗热和抗湿性。Cs_0.05MA_0.35FA_0.6PbI₃电池分别在(85±5) ℃、相对湿度20%~30%和(20±5) ℃、相对湿度80%~90%的黑暗环境中放置96 h后, PCE分别为初始值的99%和84%, 而MAPbI₃在同样条件下的PCE仅为初始值的70%和56%。本研究为在空气环境制备高效、超长稳定的混合阳离子钙钛矿太阳能电池提供了参考。

为了研究大晶粒高质量钙钛矿薄膜对光探测器的影响，制备了晶粒尺寸超过2 μm的MA_0.7FA_0.3PbI₃薄膜，并基于该薄膜制备了光电导型的光探测器（MCP-PD）。基于该薄膜的光探测器在532 nm和3 V偏置电压下获得了高响应度（0.905 A/W）和探测度（3.18×10¹² Jones）。在相似性能条件下，基于大晶粒尺寸薄膜制备的MCP-PD还表现出较快的响应速度。实验结果表明，大晶粒尺寸的薄膜降低了晶界对载流子传输的阻碍，提升了光探测器的响应度、探测度及响应速度。