AI驱动缠绵：在100°C下高效沉稳运行1000小时的钙钛矿太阳能电板！

金属卤化物钙钛矿太阳能电板（PSCs）的认证功率鼎新着力（PCE）已高达27%。尽管其具备低本钱和可界限化制备的上风，但营业化应用的主要绝交在于其在热、偏压和光照等本色使命应力下的性能退化。绝顶是在≥85°C的高温使命环境下，不沉稳性主要源于钙钛矿层里面的颓势和离子迁徙。同期，偏压和热应力主要影响电荷传输材料相等与钙钛矿的界面。此外，在户外条目下，紫外线（UV）发射会破裂光化学沉稳性较弱的埋底界面。因此，培育PSCs的使命沉稳性需要同期缩小钙钛矿层中的颓势密度并沉稳各功能界面。

鉴于此，赵一昕教练、缪炎峰副参议员、王衍明副教练报说念了一种四智能体合作的东说念主工智能（AI）框架，用于指导缠绵高效光继承层、抗紫外空穴传输材料以及沉稳的异质界面。通过热力学驱动的单晶滋长和薄膜执行表征考证，该多智能体框架笃定了高度沉稳的甲脒-铯铅碘钙钛矿组分FA₀.₉₂Cs₀.₀₈PbI₃。AI驱动的 insights 进一步指导缠绵了一种定制的空穴传输分子——(4'-(3，6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)-[1，1-联苯]-4-基)膦酸（MeO-DPPACz），该材料具有优异的抗紫外线能力。最终优化的PSC器件在100°C下贯穿使命1000小时后，仍能保捏97%的启动着力。筹商参议后果以题为“AI-guided design of efficient perovskite solar cells operationally stable at 100°C”发表在最新一期《science》上。

AI指导缠绵沉稳PSCs

参议团队引入了一个基于大型话语模子（LLM）的新式多智能体AI框架，用于全面指导钙钛矿器件缠绵。如图1所示，该框架整合了四个专科AI智能体：（i）数据智能体，认真从文件中索求结构化数据并进行按需数据准备；（ii）组分智能体，通过机器学习缓助优化钙钛矿组分；（iii）界面智能体，基于文本输入提供基于凭据的界面制备指导；（iv）中央智能体，分析学问库、和解使命历程并霸术器件架构。中央智能体通过检索增强步骤，识别出FA-Cs钙钛矿是可行的组分，并建议使用Al₂O₃手脚异质界面以培育沉稳性（图1B）。鉴于LLM在数值磋商上的局限，中央智能体将探索最优FA-Cs组分的定量任务寄托给组分智能体。组分智能体采选高斯过程记忆（GPR）模子，推崇了Cs掺杂比例与PSCs沉稳性之间的关联，并提供了预测的不笃定性揣摸。与此同期，界面智能体被触发，对埋底界面处的传输层运用进行了深远参议（图1D），推断采选原子层千里积的NiOₓ界面层以及具有谨慎分子键和相宜偶极矩的自拼装单分子层（SAM）可同期培育器件的沉稳性和着力。

图 1 多智能体 AI 框架的使命历程空洞

热力学沉稳的FA₁₋ₓCsₓPbI₃单晶

组分智能体自主筛选了Cs掺杂比例（界说为Cs/(Cs+FA)）的可行范围。终局显现，Cs掺杂比例为0.03至0.12的FA-Cs钙钛矿更有可能获取更高的沉稳性因子，最优沉稳性预测在Cs比例约为0.07处（图2A）。为幸免薄膜结晶过程中的亚稳态影响，参议团队采选热力学均衡条目下的单晶滋长步骤（图2B）。合成的单晶包括Cs0 (FA₁.₀₀)、Cs4 (FA₀.₉₆Cs₀.₀₄PbI₃)、Cs8 (FA₀.₉₂Cs₀.₀₈PbI₃) 和Cs12 (FA₀.₈₈Cs₀.₁₂PbI₃)。如图2C所示，Cs8单晶尺寸最大（可达1 cm），里面针孔最少。光电性能表征显现，与其他组分比较，Cs8单晶具有最低的陷坑密度（2.07×10¹⁰ cm⁻³）（图2D），同期暗电流缩小（图2E），正反向扫描拖拉减小。时辰离别光致发光谱标明Cs8化合物中陷坑缓助复合减少，开云(中国)一站式服务官方网站光致发光强度空间散布图（图2F）显现其高均匀性和扼制的非发射复合。正电子湮没谱（PAS）测试（图2G-K）显现Cs8单晶的 positron 寿命为364 ps，标明其扼制了FA空位（VFA）的变成，增强了结晶度并减少了颓势。

图 2 FA 1− x Cs x PbI 3 单晶的性质

沉稳的咔唑膦酸分子

针对SAM在高温下易脱陈赞紫外光下键解离的挑战，界面智能体通过基于凭据的文件分析提议了设策略略：增多苯环数目可提高共轭进程，从而增强SAM的紫外沉稳性。基于此，参议团队将常用SAM（MeO-2PACz）中的烷基替换为联苯基，缠绵了新式SAM——MeO-DPPACz。表面磋商标明，MeO-DPPACz中C-N键的解离能更高（图3A），紫外老化执行（图3B）进一步证明其紫外沉稳性优于MeO-2PACz。中央智能体建议界面智能体使用XGBoost模子预测SAM的偶极矩（图S19），MeO-DPPACz的预测偶极矩为2.3 D，接近罢了高效器件的理念念值~2.5 D。紫外光电子能谱（UPS）显现MeO-DPPACz管理的NiOₓ薄膜费米能级纠合价带顶（图3C），增强了空穴索求能力。将Cs4、Cs8和Cs12单晶手脚先行者体制备钙钛矿薄膜。与Cs4和Cs12比较，Cs8薄膜显现出更均匀的形容（图3D）。掠入射广角X射线散射（GIWAXS）图谱（图3E）标明，Cs8薄膜在(100)晶面具有优先取向。空间电荷限度电流（SCLC）测量和PL图谱也证明了Cs8薄膜的陷坑密度缩小。

图 3 合成的 MeO-DPPACz 的表征和千里积的钙钛矿薄膜

器件性能与沉稳性评估

中央智能体通过结构化检索增强分析，笃定了在钙钛矿层两侧引入Al₂O₃层的p-i-n器件结构可培育举座沉稳性。最终器件结构为：FTO/NiOₓ（纳米颗粒NiOₓ和ALD NiOₓ）/MeO-DPPACz/ALD Al₂O₃/钙钛矿/ALD Al₂O₃/C₆₀/ALD SnO₂/Au（图4A，4B）。如图4C所示，最优条目下的Cs8器件在0.087 cm²的掩模面积上罢了了25.0%的冠军PCE，与恒压测得的24.9%沉稳PCE一致。EQEEL测试标明Cs8器件具有最低的非发射复合引起的VOC亏欠（ΔVOC，nrad = 0.078 V）。在沉稳性评估方面，经过双85干冷测试（ISOS-D-3， 85°C/85%相对湿度）1150小时后，Cs8器件保捏了98%的启动着力。在户外沉稳性测试（ISOS-O-1）1000小时后，Cs8器件无明显着力亏欠。在更为严酷的100°C最大功率点追踪（MPPT）测试下（图4D），Cs8器件在1000小时后仍保捏>97%的启动PCE，而Cs4和Cs12器件在并吞期间则下跌至启动值的50%以下。老化后的截面扫描电镜图像（图4E）显现，Cs8器件保捏细腻的晶粒，而Cs4和Cs12器件则出现缺乏和塌陷。降解活化能（Ea）磋商标明，Cs8器件的Ea为0.347±0.031 eV（图4F），高于Cs4和Cs12器件。据此推算，Cs8 PSC在室温（30°C）下的等效使命寿命估量可达约30年。

图 4 PSCs 的长久沉稳性评估

总结与瞻望

本参议顺利考证了多智能体AI框架指导缠绵具有100°C抗性的超沉稳PSCs的可行性。中央智能体通过索乞降分析文件数据识别关节材料采用，组分智能体将FA-Cs钙钛矿组分优化为FA₀.₉₂Cs₀.₀₈PbI₃，界面智能体则评估并缠绵了抗紫外咔唑膦酸分子。联接优化的组分、AI缓助缠绵的SAM以及双Al₂O₃界面，最终构建了基于FA₀.₉₂Cs₀.₀₈PbI₃的超沉稳高效PSC器件。在100°C加快老化测试下，该器件罢了了前所未有的1000小时使命沉稳性，为钙钛矿光伏手艺的营业化应用设备了新的旅途。