论文标题：Temperature Matters: Enhancing Performance and Stability of Perovskite Solar Cells through Advanced Annealing Methods

论文链接：https://www.mdpi.com/2624-8549/6/1/10

期刊名： Chemistry

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/chemistry

一、引言

钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 因其卓越的光电特性 (如高光吸收率、长载流子扩散距离及可调带隙) 在光伏领域备受关注。温度是影响钙钛矿太阳能电池制备与性能的关键因素：退火温度显著调控器件结构，而工作温度则直接作用于载流子传输、钙钛矿带隙及界面特性。本文系统综述了不同退火温度对空穴传输层、电子传输层及钙钛矿层的影响机制，并介绍了钙钛矿材料的新型退火工艺。同时，深入探讨了工作温度变化对钙钛矿电池综合性能的作用规律，最后汇总了ISOS测试标准下不同温度条件的应用实践。

二、主体思路

1.温度对各功能层的影响机制：

电子传输层、空穴传输层及钙钛矿活性层在制备过程中的温度调控会显著改变器件表面形貌，进而影响电学性能与服役寿命。例如适当提高退火温度可优化薄膜质量、增大晶粒尺寸并增强致密性，从而提升电池转化效率。

图1. 在低温与高温SnO₂上沉积的钙钛矿表面形貌[1]

2.外部工作温度的实际影响：

在实际运行条件下，外部环境温度的变化对电池性能影响较为有限。这一现象表明该类器件对外界温度波动具备一定的耐受性与稳定性。

图2. 外部工作温度对钙钛矿太阳能电池效率的影响[2]

3.退火工艺的优化需求：

鉴于制备温度对器件特性的显著影响，亟需开发更精准的退火工艺方案。通过优化热处理过程，可同步提升光伏器件的性能输出与长期稳定性。

图3. 钙钛矿不同的退火工艺[3–6]

温度作为贯穿钙钛矿太阳能电池制备与服役全过程的核心变量，其精准调控是实现高性能与高稳定性的关键。

研究遵循系统性文献综述的PRISMA框架，在Scopus和Web of Science数据库中进行检索。通过关键词组合（如“机器学习”“人工智能”“循环供应链”“循环经济”等）筛选出757篇文献，经去重、标题和摘要筛选和全文资格评估，最终纳入66篇高质量研究。检索范围包括期刊论文和会议论文，以确保涵盖这一新兴领域的完整研究图景。

三、研究总结

本文系统综述了温度在PSCs生命周期中的双重角色。在制备阶段，退火温度是决定各功能层质量的根本性工艺参数。通过对空穴传输层、电子传输层，特别是钙钛矿活性层的精细退火调控，可以有效优化其晶体结构、形貌与界面接触，从而奠定器件高性能的基石。而新兴的低温退火、快速退火等先进工艺，不仅提升了工艺兼容性与效率，更展现了在降低能耗、抑制分解、推动产业化方面的巨大潜力。在运行阶段，工作温度则直接作用于器件的物理本质，通过对载流子动力学、钙钛矿本征带隙以及界面能级排列的复杂影响，最终决定了电池的最终输出性能与长期可靠性。理解工作温度与性能衰减之间的内在关联，是设计和开发耐热器件的理论前提。

通过开发新型热稳定材料、优化多层次界面工程、并结合智能温控管理策略，协同攻克温度带来的瓶颈，将是推动钙钛矿光伏技术从实验室走向商业化应用的必由之路。

[1]Ke W, Zhao D, Cimaroli A J, et al. Effects of annealing temperature of tin oxide electron selective layers on the performance of perovskite solar cells[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3(47): 24163–24168.

[2]Aydin E, Allen T G, De Bastiani M, et al. Interplay between temperature and bandgap energies on the outdoor performance of perovskite/silicon tandem solar cells[J]. Nature Energy, 2020, 5(11): 851–859.

[3]Zhao X, Liu T, Kaplan A B, et al. Accessing Highly Oriented Two-Dimensional Perovskite Films via Solvent-Vapor Annealing for Efficient and Stable Solar Cells[J]. Nano Letters, 2020, 20(12): 8880–8889.

[4]Hua J, Deng X, Niu C, et al. A pressure-assisted annealing method for high quality CsPbBr 3 film deposited by sequential thermal evaporation[J]. RSC Advances, 2020, 10(15): 8905–8909.

[5]Martin B, Yang M, Bramante R C, et al. Fabrication of flexible perovskite solar cells via rapid thermal annealing[J]. Materials Letters, 2020, 276: 128215.

[6]Dong G, Yang Y, Sheng L, et al. Inverted thermal annealing of perovskite films: a method for enhancing photovoltaic device efficiency[J]. RSC Advances, 2016, 6(50): 44034–44040.

引用格式：

Wu, S.; Li, C.; Lien, S.Y.; Gao, P. Temperature Matters: Enhancing Performance and Stability of Perovskite Solar Cells through Advanced Annealing Methods. Chemistry 2024, 6, 207-236.

【第一作者简介】

吴盛聪，2022年7月，在华侨大学获得学士学位，之后在中国科学院福建物质结构研究所，先进功能材料实验室（高鹏研究员团队）进行硕士论文工作，于2025年11月获得中国科学院大学材料光电技术学院硕士学位。主要研究方向为钙钛矿太阳能电池，重点研究提升钙钛矿太阳能电池稳定性。迄今在 Inorganics、Chemistry、Materials Science in Semiconductor Processing期刊上以第一作者身份发表论文3篇。

【通讯作者简介】

高鹏，中科院福建物构所研究员，博士生导师，海外高层次人才引进计划青年项目入选者。于2010年毕业于德国马普高分子研究所并获得化学博士学位。2011-2015年于洛桑联邦理工学院从事博士后工作，专注于近红外吸收染料及杂化钙钛矿材料设计合成。2017年1月筹建先进功能材料实验室（LAFM），担任研究员和课题组长，专注于用化学手段与稀土元素相结合制备新型半导体材料并应用于能源转换器件。持续获得厦门市双百人才计划，福建省百人计划，福建省引进海外高层次人才B类等人才项目资助。累计发表SCI期刊原创性论文与综述200多篇，受邀撰写书章节6部。其中部分研究成果以第一/通讯作者身份发表在Joule、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Chem. Mater.、Nature Commu.等权威期刊，多篇论文被选为期刊封面或热点论文。截止目前根据google scholar统计，个人SCI H-index为78，文章总引用45000余次。2018年-2024年连续七年获评Clarivate Analytics全球交叉学科领域“高被引科学家”。

【课题组介绍】

先进功能材料实验室（LAFM）长期招聘有科研热情和半导体材料合成表征经验（太阳电池，晶体管，热电等）的博士后，有仪器搭建经验者优先。课题组的信条是“探索未知，突破极限，艺术科学，止于至善”。课题组网页：https://www.x-mol.com/groups/gao_peng；联系邮箱peng.gao@fjirsm.ac.cn。

期刊介绍

主编：Igor Alabugin，Florida State University, USA

期刊主要研究方向包括但不限于：化学与健康、能源化学、材料化学、超分子与纳米化学；理论、计算和模拟化学；结晶学和物理方法；分子化学；无机材料和聚合物；催化与金属有机化学；药物与生物无机化学。目前已被Scopus、ESCI (Web of Science)、CAPlus/SciFinder、CNKI等数据库收录。

2025 Impact Factor：2.6

2025 CiteScore：4.4

Time to First Decision：13 Days

Acceptance to Publication：3.9 Days