作者名单：郑天坦、郑周、陈睿、刘文光、周启森、王建安、罗怀清、朱赫、苗天音、李文培、刘晓轩、哈桑·拉扎、刘三万、刘宗豪、陈伟
单位：中国湖北省武汉市华中科技大学光电国家实验室与光电信息学院，邮编430074
摘要
钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其低制造成本和显著的功率转换效率（PCE）而成为下一代光伏技术的有力候选者。然而，其商业化受到长期稳定性的限制，特别是由于电极腐蚀和离子扩散在长时间运行过程中导致的性能不可逆退化。本文提出了一种热蒸发的非贵金属电极——镍（Ni）电极，该电极具有优异的固有物理化学稳定性，可作为传统金属电极的替代品，用于制造高稳定性的钙钛矿器件。实验表明，镍电极具有适当的能级对齐和更高的电荷迁移势垒，从而比传统的铜（Cu）电极具有更好的固有稳定性，并有效减缓了钙钛矿层与金属电极之间的界面反应。基于镍电极的小面积器件和钙钛矿太阳能模块（PSMs，开口面积：113平方厘米）的功率转换效率分别达到了23.21%和15.45%，这是迄今为止利用惰性非贵金属电极的钙钛矿电池所报道的最高效率。更重要的是，封装后的PSM在65°C的环境空气中热老化1000小时后仍保持了96.4%的初始效率，凸显了所提出的镍基电极系统的卓越运行稳定性。
引言
钙钛矿太阳能电池（PSCs）在新兴的太阳能领域引起了广泛关注，因为它们具有高功率转换效率[1]、低成本[2]和简单的加工优势[4][5]。然而，长期运行稳定性仍然是阻碍其商业化的关键挑战，其中电极引起的退化是主要的失效机制[6]。
一种广泛采用的稳定策略是在功能组件和电极组件之间插入界面阻挡层，以防止金属腐蚀和钙钛矿分解[7][8]。各种阻挡层材料，包括金属氧化物（例如ITO[9]和YbOx[10]）以及惰性金属（例如Bi[11]和Cr[12]），已被证明可以有效提高器件的长期稳定性。然而，这些方法增加了加工复杂性，因为阻挡层的保护能力严重依赖于沉积精度，以确保形态均匀性和电荷提取的顺畅进行[7]。
尽管大量研究集中在钙钛矿的成分工程和界面优化上[13][14]，但电极材料的固有稳定性这一基本但常被忽视的因素却受到的关注相对较少。在选择倒置p-i-n结构中的电极金属时，需要仔细考虑电子属性（功函数、导电性）和化学稳定性[15]。尽管传统的金属电极（如Ag[16][17]和Cu[18]）能够实现高效率，但在操作应力（光、热和离子迁移）下，它们会与卤化物钙钛矿发生有害的界面反应[19]。具体来说，可移动的卤化物会腐蚀金属电极，而金属离子的扩散会在电荷传输层和钙钛矿吸收层中产生深能级陷阱，引发不可逆的性能退化[20]。
为了解决这些问题，我们提出了一种镍（Ni）金属电极，该电极同时满足热稳定性、合适的功函数对齐和可扩展沉积的要求。镍具有优异的固有稳定性，这归功于其高熔点、低扩散系数以及自发形成的自钝化氧化层，可以防止整体腐蚀。因此，基于镍电极的小面积器件和钙钛矿太阳能模块（PSMs，开口面积：113平方厘米）的功率转换效率分别达到了23.21%和15.45%，这是迄今为止利用惰性非贵金属电极的钙钛矿电池所报道的最高效率。此外，未封装的器件在室温下N2气氛中连续运行2000小时、光照强度为1太阳光条件下，性能几乎没有下降；而封装后的PSM在65°C的环境空气中热老化1000小时后仍保持了96.4%的初始效率。
结果与讨论
如图S1所示，我们通过热蒸发工艺沉积了镍电极。顶视扫描电子显微镜（SEM）表征（图1a）显示了镍膜随厚度增加的形态演变。100纳米厚的膜呈现出片状形态，并伴有分散的纳米颗粒；而更厚的膜则表现出更密集的纳米颗粒排列，同时晶粒尺寸减小和表面粗糙度降低（图S2）[21]。这种形态转变与...
结论
固有稳定的镍电极已被证明可以提高钙钛矿太阳能电池在极端环境下的长期稳定性。XPS和原位加热-XRD分析验证了镍电极的化学惰性。结合SEM、EDS、时间分辨光致发光映射和Tof-SIMS的分析揭示了电极退化对钙钛矿膜在一定程度热老化下的影响。与传统铜电极相比，镍电极具有明显优势...
CRediT作者贡献声明
郑天坦：撰写初稿、项目管理、方法学设计、实验研究。
郑周：项目管理、方法学设计、实验研究。
陈睿：数据分析、数据整理。
刘文光：方法学设计、数据分析。
周启森：软件开发、资源协调、实验研究。
王建安：方法学设计、实验研究。
罗怀清：资源协调、实验研究。
朱赫：方法学设计、项目管理、资源协调。
苗天音：结果验证、软件应用。
李文培：实验研究。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢中国国家自然科学基金（W2412077）、光谷实验室创新项目（OVL2025YZ004）、中国国家自然科学基金（52473301、52502247）、华中科技大学基本研究支持计划（2025BRB016）以及可再生能源替代电力系统国家重点实验室（LAPS25001）的财政支持。作者还感谢...
