該研究通過引入超低濃度無機材料碘化鎳(NiI2)鈍化無機鈣鈦礦薄膜以減少鈣鈦礦表面碘空位的形成，如圖1a所示；此外，由於Ni的離子半徑小於Pb，Ni與I之間的電負性較大，意味着Ni-I的鍵能強於Pb-I的鍵能，Ni進入晶格後有助於抑制碘空位的形成；從圖1b、c可以看出NiI2處理前後的鈣鈦礦薄膜均勻緻密；並且相應的帶隙並未發生變化（圖1d）；並且對照組和NiI2處理前後的CsPbIxBr3-x鈣鈦礦薄膜具有相當的結晶度（圖1e），在經過NiI2處理的CsPbIxBr3-x鈣鈦礦膜中，可觀察到明顯的Ni 2p峰（圖1f），證實了NiI2在鈣鈦礦膜表面的存在；值得注意的是，通過圖1g和1h的X射線光電子能譜（XPS）結果，可以清晰地觀測到經過NiI2處理後，位於288.5 eV處的C=O峰消失，表明此時水氧的「進攻」通道被有效減少，有益於穩定性的提升。
為了探索 NiI2 處理對器件性能的影響，作者團隊基於Glass/ITO/SnO2/CsPbIxBr3-x/NiI2/Spiro-OMeTAD/Au結構構築了相應太陽能電池器件（圖2a）。整個器件的橫截面SEM圖像顯示CsPbIxBr3-x鈣鈦礦吸收層的厚度約為360 nm（圖2b）。反向掃描測量的電池的J-V曲線如圖2c所示。參考器件的PCE為17.49%，短路電流密度（JSC）為17.70 mA/cm2，開路電壓（VOC）為1.27 V，填充因子（FF）為77.95%。相比之下，經過NiI2處理的器件PCE提高到了19.53%，JSC為17.88 mA/cm2，VOC為1.36 V，FF為80.54%。NiI2處理的器件性能提高主要是由於VOC從1.27 V增加到1.36 V，對應的電壓損失（Vloss）降低至0.44 eV，這是IPSC中最小的電壓損失之一。圖2d顯示了由外部量子效率（EQE）得出的17.50 mA/cm2（NiI2處理）和17.37 mA/cm2（對照）的積分電流密度，與J-V曲線匹配良好；作者團隊還測試了處理前後器件1000 s內的穩態功率輸出（圖2e）。NiI2處理器件和對照組的初始PCE分別為19.36%和17.72%。1000 s後，NiI2處理器件的PCE為18.95%，而對照器件的PCE為15.26%；未經和經NiI2處理的CsPbIxBr3-x PSC器件性能分布的直方圖如圖2f所示；通過對比經NiI2處理的新鮮（圖2g）和老化（圖2h）CsPbIxBr3-x鈣鈦礦薄膜的X射線衍射（XRD）圖譜，發現在環境空氣中暴露30天後，NiI2 處理後的鈣鈦礦薄膜在10.1°的位置處出現相較於參考組更弱的衍射峰（代表非鈣鈦礦δ相），也印證了穩定性的提升。在最大功率點（MPP）連續跟蹤300小時後，經NiI2處理的PSC保持其初始效率的95.7%。相比之下，控制PSC僅提供其初始效率的84.2%（圖2i）。
Fig. 2. 器件性能和穩定性。(a) CsPbIxBr3-xPSCs 的結構示意圖；(b) CsPbIxBr3-x PSCs 的橫截面的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像；(c) 未經和經 NiI2處理的冠軍PSC的J-V曲線；(d) 未經和經NiI2處理的冠軍PSC的外量子效率曲線(EQE)；(e)未經和經NiI2處理的CsPbIxBr3-xPSCs的MPP跟蹤時的穩定功率輸出；(f) 經和經NiI2處理的CsPbIxBr3-xPSCs的器件性能分布的直方圖；(g) 經和(h)經NiI2處理的新鮮和老化CsPbIxBr3-x鈣鈦礦薄膜的 X 射線衍射圖；(i) 在沒有封裝的情況下，氮氣氛圍中一個太陽光（100 mW/cm2）下的最大功率點跟蹤測量的運行穩定性。
實際上，增強的VOC可歸因於有利的能帶結構。作者團隊進行了紫外光電子能譜（UPS）測量，以研究NiI2處理前後CsPbIxBr3-x鈣鈦礦薄膜的能級變化。根據圖3a所示的UPS結果，計算了NiI2處理前後鈣鈦礦薄膜的導帶分別為-5.97 eV和-5.89 eV；兩種鈣鈦礦薄膜的能帶結構圖，如圖3b所示，結果表明與Spiro-OMeTAD的價帶更好的能級對準，這有利於空穴收集並降低電壓損失；同時開爾文探針力顯微鏡（KPFM）結果也表明，NiI2處理後的表面平均點位（1195 mV）高於對照膜（631 mV）（圖3c）；並且通過光致發光（PL）和時間分辨光致發光（TRPL）研究了NiI2的表面鈍化效應。在經過NiI2處理後，CsPbIxBr3-x鈣鈦礦薄膜PL強度顯著增加（圖3d）；並且載流子壽命更長（圖3e），表面NiI2的後處理在一定程度上抑制了非輻射複合；此外，經過NiI2處理後，可有效降低無機鈣鈦礦薄膜的缺陷態密度（圖3f, g）。為了進一步了解NiI2對鈣鈦礦電荷轉移特性的影響，作者團隊進行了電容電壓（CV）測量以研究兩種器件中的內建電場（Vbi）變化（圖3h）。NiI2處理的器件的Vbi從1.20 V增加到1.27 V。器件中的內建電場更強，有利於增強空穴提取，抑制電荷積累和增強VOC。如圖3i所示，進行電化學阻抗譜（EIS）測量以研究載流子動力學。結果表明NiI2處理的器件比參考器件具有更小的傳輸電阻和更大的複合電阻，複合過程受到抑制，這與PL、TRPL和SCLC測量結果一致。
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