在研究太空航天太阳能电池的过程中，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其卓越的可见光吸收能力、出色的机械柔韧性以及对辐射的高耐受性，而备受瞩目。然而，太空中的极端辐射和剧烈温度变化对电池性能的具体影响尚不完全清楚。本研究聚焦于探索极低温度范围内，钙钛矿薄膜及其电池性能的变化，特别是FAPbI3和MAPbI3这两种钙钛矿材料在低温下的行为，旨在揭示低温如何影响钙钛矿电池的效率，并为后续研究提供科学依据。
首先，我们对比了FAPbI3和MAPbI3钙钛矿薄膜在常温下的扫描电子显微镜（SEM）图像（见图1），以及MAPbI3薄膜在降温至110K过程中的微观形貌变化（见补充图2）。结果显示，常温下两种薄膜的晶粒分布均匀，但降温后MAPbI3薄膜出现了明显的晶间空隙。
接着，我们通过紫外-可见吸收光谱测量了不同温度下MAPbI3和FAPbI3的吸收曲线，并计算了带隙信息（见图2）。随着温度的变化，我们观察到了激子峰的移动，并发现MAPbI3在约160K、FAPbI3在约140K时发生了低温相变。结合补充图1的数据，我们推测这种相变是导致钙钛矿薄膜结构失配的原因。
此外，我们还研究了两种材料在不同温度下的光致发光光谱（见图3）。在MAPbI3中，激子峰的移动方向在160K时发生了改变，并出现了新的激子峰，表明相变的不连续性和新电子能态的形成。而在FAPbI3中，仅观察到激子峰移动趋势的变化，说明其相变的不连续性较小。
最后，我们考察了降温过程中两种电池器件的效率（PCE）、填充因子（FF）、开路电压（Voc）和短路电流（Jsc）的变化（见图4）。随着温度的降低，两种电池的效率均有所提升，主要得益于开路电压的增加。然而，在更低温度下，FAPbI3器件因钙钛矿层出现缺陷导致填充因子下降，效率随之降低；而MAPbI3器件在230K以下时，由于相变的不连续性和新电子能级的生成，填充因子和短路电流均大幅下降，导致电池失效。
综上所述，本研究揭示了低温对FAPbI3和MAPbI3钙钛矿太阳能电池（https://baike.baidu.com/item/%E9%92%99%E9%92%9B%E7%9F%BF%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%83%BD%E7%94%B5%E6%B1%A0/12707888）性能的影响机制，为进一步优化钙钛矿太阳能电池在极端温度环境下的应用提供了重要参考。
Evolved photovoltaic performance of MAPbI3 and FAPbI3-based perovskite solar cells in low-temperatures
低温相变促进钙钛矿太阳能电池在低温条件下的效率提升
