FA₁₋ₓCsₓPbI₃钙钛矿因其优异的光电性能与热稳定性，被视为钙钛矿太阳能电池商业化的关键材料。然而，在高温与光照共同作用下，其降解机制仍缺乏系统理解。美能温湿度综合环境试验箱 专为验证评估组件或材料的可靠性，能达到快速升温降温，提升测试效率，满足IEC61215 等 标准。
本研究通过系统的加速老化实验，揭示了该体系在不同温度区间的主导降解路径，并提出针对性的稳定性提升策略。
研究方法
器件结构与制备
本研究采用的p-i-n型器件结构为：ITO / EtCz3EPA / PTAA:2%BCP / FA₀.₉Cs₀.₁PbI₃ / C₆₀ / BCP（或ALD SnO₂）/ Cu。钙钛矿吸光层通过刮涂工艺在受控湿度环境中制备，薄膜厚度800--900 nm 。在18个月研究周期内，共制备了约250个器件，批次间PCE分布在20.9%--24.6%之间，中位值22.9%，具有良好的重现性。
加速老化测试方案
所有稳定性测试均在充氮手套箱内的非封装器件上进行，以覆盖更宽的温度范围（部分封装材料在100 °C以上会降解或熔化）。器件温度通过热电偶实时监控，设定值分别为77、85、93、106、113和116 °C。测试条件分为两类：
开路（OC）测试：器件在开路条件下持续1-sun照射；
准最大功率点（qMPP）测试：通过外接510 Ω电阻近似模拟最大功率点工作。
每隔48--72 h将器件取出，在空气中进行J-V扫描，提取PCE、FF、JSC、VOC、RS及RSH等参数。利用各参数随时间的线性衰减斜率提取退化速率常数k，并进行Arrhenius分析。
表征手段
为解析不同温度区间的微观降解机制，研究采用了多维度的表征方法：
光致发光（PL）峰位映射：以微米级空间分辨率定量分析带隙分布变化，判断A位阳离子偏析；
扫描电镜（SEM）：观察埋底界面形貌，检测晶界处PbI₂等降解产物的生成；
X射线衍射（XRD/GIXRD）：确认晶相组成变化及α相比例；
核磁共振（¹H-NMR）：以PEAMAI为内标，定量分析FA⁺损失量；
能谱（EDX）：测定I/Pb原子比，评估碘化物损失。
关键发现：两种温度区间的降解机制
采用BCP作为电子传输层的PSCs稳定性
通过对约250个p-i-n结构器件在77--116 °C范围内的开路老化实验，研究发现两个截然不同的降解温度区间：
****低温区（77--106°C）：****效率衰减的激活能约为0.96 eV，主导机制为A位阳离子偏析。光致发光峰位出现红移，晶界处形成微小空洞，表明阳离子迁移诱导的陷阱态是性能损失的主要来源。
****高温区（106--116°C）：****激活能显著上升至约3.01 eV，主导机制转变为钙钛矿热分解。主要表现为FAI挥发、PbI₂相析出、PL峰位蓝移约8 nm，并伴随NH₃与(HCN)ₓ等分解产物生成。
两种机制之间的转变温度约为106 °C，该阈值在多个批次器件中均得到验证，具有良好的统计一致性。
FA⁺损失的直接定量证据
BCP基PSCs的降解机制
为深入验证上述机制，研究采用多手段联合分析：
PL与SEM：高温老化后的器件出现明显PL蓝移与晶界PbI₂颗粒，低温老化则以PL红移和微小空洞为主。
NMR与EDX定量：以PEAMAI为内标的¹H NMR显示，116°C老化后FA⁺损失达10.7%，而93°C时仅为3.6%；EDX进一步证实高温区I/Pb比下降更显著。
封装效应：无Cu覆盖的区域在老化后出现明显形貌退化与PL蓝移，而Cu覆盖区域则保持较好结构，说明有效封装对抑制FAI挥发至关重要。
抑制高温分解：ALD-SnO₂层的引入
ALD SnO₂基PSCs的稳定性
为抑制高温下的FAI挥发，研究将传统BCP电子传输层替换为原子层沉积制备的致密SnO₂层。结果表明：
SnO₂基器件在80--120°C范围内仅呈现单一降解区间，PCE衰减激活能维持在约1 eV，表明阳离子偏析始终为主导机制。
与BCP基器件相比，SnO₂器件在高温老化后的PL蓝移幅度显著减小（0.8 nm vs 8 nm），未观察到PbI₂颗粒生成。
在准MPP条件下，SnO₂器件的降解速率低于开路条件，进一步验证了电应力对降解进程的影响。
抑制阳离子偏析：CsI₃添加剂的作用
ALD SnO₂基PSCs的降解机制
尽管SnO₂有效抑制了高温分解，阳离子偏析仍是长期运行中的主要降解来源。为此，研究引入痕量CsI₃（0.05 mol%）以提升阳离子分布均匀性：
结构改善：稳态PL与GIXRD显示，CsI₃促进α相成核，形成更均匀的垂直与平面阳离子分布，PL峰分布更窄，Cs⁺在薄膜上下表面分布趋于一致。
光电性能：0.05% CsI₃略微提升PL寿命（630 ns → 653 ns），并改善了器件效率与重复性。
稳定性提升：在85°C、1倍太阳光照（含1% UV）下，MPPT测试显示优化后器件的T₉₀寿命从约1800小时提升至约2700小时。PL mapping显示老化后目标器件的PL蓝移更小、分布更窄，阳离子偏析得到有效抑制。
长期寿命预测与结论
CsI₃添加剂对相均匀性与器件性能的影响
基于阿伦尼乌斯外推，假设降解路径不变，目标器件在25°C连续光照下的T₉₀预计可达约60万年（按每日8小时等效运行约600年），45°C下约为54年。尽管外推结果需实验验证，但充分说明通过协同调控阳离子分布与界面封装，FA-Cs基钙钛矿太阳能电池具备实现长期运行寿命的潜力。
本研究系统揭示了FA-Cs钙钛矿 在高温工作条件下的降解机制演变，明确了阳离子偏析 与FAI挥发 的主导温度阈值，并通过致密SnO₂封装 与CsI₃添加剂协同策略有效抑制两类降解路径，为高稳定性钙钛矿光伏器件的设计与寿命预测提供了关键理论与实验依据。
原文参考：Decoupling cation segregation and volatile loss in formamidinium--caesium metal halide perovskite solar cells under high-temperature operating conditions