制约钙钛矿电池寿命的原因

制约钙钛矿电池寿命的原因主要包括材料稳定性问题、制备工艺不成熟、离子迁移与过度极化，以及环境因素导致的降解，具体分析如下：

材料稳定性问题

• 湿度敏感性：钙钛矿材料具有很强的吸湿性，能够吸收周围环境中的水分子。当空气湿度达到一定程度后，过多的水分子会使钙钛矿材料分解，导致器件性能降低。

• 高温不稳定性：温度对钙钛矿材料的稳定性有重要影响，涉及材料的热分解、晶体结构转变等。例如，CH₃NH₃PbI₃在100℃下加热20分钟会分解成PbI₂、CH₃NH₂和HI，导致钙钛矿材料结构崩溃。

• 光照诱导分解：光照对钙钛矿材料稳定性的影响难以避免且更为复杂，包括光照引起的分解、相变和内部相分离等。尽管在某些情况下，光照能促进钙钛矿材料内部缺陷的修复，但目前还没有方法能够控制相关反应。

• 化学稳定性差：钙钛矿材料中的易水解阳离子，如铅离子（Pb²⁺），容易被水分解，且碘化氢易溶于水使溶液呈酸性，进一步加速钙钛矿材料的分解。

制备工艺不成熟

• 大面积制备困难：钙钛矿薄膜的大面积制备工艺不成熟，难度较大。目前采用的狭缝涂布法和蒸镀法都存在各自的问题，如成膜质量差、电阻损耗等，这些问题都会影响电池的稳定性和寿命。

• 结晶度控制：在制备过程中，如果钙钛矿的成核结晶问题不能得到有效控制，会产生结晶导致表面出现缝隙或气泡，从而影响电池的稳定性能。

离子迁移与过度极化

• 离子迁移：钙钛矿材料中的铅离子和卤素离子在电场或光照下迁移，会引发相分离和缺陷积累，加速器件老化。

• 过度极化：钙钛矿电池中存在金属离子迁移和过度极化等问题，这些问题会影响电池的长期稳定性和可靠性，从而导致电池性能下降甚至失效。

环境因素导致的降解

• 水氧反应：水、氧会与钙钛矿材料发生反应，加速材料分解。氧气在光照条件下会与钙钛矿表面的光生电荷相互作用，形成稳定的Pb-O键，加速材料的降解。

• 紫外光影响：紫外光辐射会导致钙钛矿材料的光解，破坏其化学键，产生缺陷，降低电池效率。