在國際著名的有機敏化-鈣鈦礦電池領域先驅Michael Grätzel教授的指導下，鄭立凱博士等另辟蹊徑，突破傳統基于容忍因子的陽離子摻雜設計范式，利用鈣鈦礦薄膜材料的晶格應變，將尺寸小于容忍因子下限的Rb+離子嵌入鈣鈦礦晶格中，從而提升元素分布的均勻性，有效提高離子遷移勢壘，抑制相分離的發生。

寬帶隙鈣鈦礦電池的性能和穩定性

研究團隊通過Rb?離子的A位摻雜策略，成功將帶隙為1.67?eV的寬帶隙鈣鈦礦器件開路電壓提升至1.30?V，創下該類器件的紀錄。同時，該策略顯著抑制了光致相分離現象，在連續400分鐘一個太陽光照條件下，未觀察到明顯相分離，表現出優異的光照穩定性。

寬帶隙鈣鈦礦材料的結構及光致發光特性

寬帶隙鈣鈦礦薄膜的組分均勻性

多尺度材料表征，闡明了Rb+摻雜在改善鈣鈦礦薄膜面內以及面外方向上組分均勻性中的核心作用。進一步通過熒光量子產率測試，觀察到Rb+摻雜大幅增強了寬帶隙鈣鈦礦的準費米能級分裂，揭示了器件開路電壓的提升機理。

應變輔助的Rb+離子A位摻雜機制

在原位X射線、固態核磁表征和理論計算的支持下，研究揭示了薄膜應變在促進Rb+穩定進入鈣鈦礦晶格A位的決定性作用。該項研究工作首次實驗證明尺寸小于容忍因子下限的陽離子亦可通過應變調控方式穩定嵌入鈣鈦礦晶格，刷新了對鈣鈦礦材料摻雜準則的理解。該發現為鈣鈦礦薄膜組分工程提供了全新視角，并為后續構建高性能、長壽命的光伏器件提供了理論基礎與技術支撐，具有深遠的科學意義與工程價值。

該策略在實現高開路電壓與長期穩定性的同時，具備良好的材料兼容性和工藝適應性，可廣泛適用于多種寬帶隙鈣鈦礦體系，特別適合用于疊層太陽能電池的頂電池設計。未來有望推動鈣鈦礦疊層器件效率的持續突破，并為高穩定性、可大面積制備的光伏技術發展提供堅實基礎，具有重要的產業化應用潛力。

本文研究工作得到國家自然科學基金卓越研究群體項目資助。我校“低碳航空動力與綠色能源創新團隊”博士生黃斌也參與了該項工作，宣益民院士為共同通訊作者。