鈣鈦礦太陽能電池作為新一代太陽能技術的代表，憑借其低成本印刷制備工藝和高光電轉換效率，近年來備受關注。經過十余年發展，其轉換效率已從最初的3.8%躍升至26%以上，逐步接近單晶硅電池水平，但距離理論極限仍有提升空間。制約其性能突破的關鍵因素之一，在于鈣鈦礦半導體薄膜的質量控制，尤其是輔助材料甲基氯化銨（MACl）引入的氯元素分布不均問題。

科研團隊在研究中發現，傳統方法制備的鈣鈦礦薄膜存在垂直方向氯離子濃度梯度，導致上表面氯元素富集。這種不均勻分布會引發表面缺陷和界面電子勢壘，造成載流子復合損失并阻礙傳輸，進而限制器件效率與穩定性。針對這一難題，研究人員提出垂直方向氯元素均勻化策略（HVCD），通過引入堿金屬草酸鹽調控結晶過程。實驗表明，鉀離子與氯離子的強結合作用可有效抑制氯元素的無序遷移，使其在薄膜中均勻分布。

基于該技術制備的鈣鈦礦半導體薄膜展現出優異特性：載流子壽命達20微秒，界面缺陷態密度低至1013每立方厘米。光致發光光譜分析證實，氯離子均勻化后，薄膜上下表面發光強度趨于一致，表明缺陷顯著減少。離子分布圖譜進一步顯示，鉀、氯等元素在垂直方向呈現均勻分布，徹底消除了傳統工藝導致的元素偏析現象。

經權威機構認證，采用新型薄膜的鈣鈦礦太陽能電池原型器件實現27.2%的光電轉換效率，創下同類器件新高。穩定性測試顯示，在標準太陽光條件下持續運行1529小時后，器件仍保持初始效率的86.3%；在85℃高溫與光熱耦合加速老化測試中，1000小時后效率維持率達82.8%。這些數據表明，氯元素均勻化策略同時實現了效率與穩定性的協同提升。

該成果以“Homogenized chlorine distribution for >27% power conversion efficiency in perovskite solar cells”為題發表于《科學》期刊。研究團隊通過創新材料工程手段，為鈣鈦礦電池產業化掃清了關鍵技術障礙。實驗數據表明，新型器件在效率、穩定性及工藝兼容性方面均達到商業化應用標準，為大規模生產提供了可行性方案。

研究過程中，團隊系統驗證了氯離子遷移機制與器件性能的關聯性。通過對比實驗發現，傳統器件在長期運行后出現明顯的效率衰減，而均勻化器件的衰減曲線顯著平緩。這得益于均勻分布的氯元素有效抑制了相分離和離子遷移等降解途徑。堿金屬草酸鹽的引入未增加工藝復雜度，與現有制備流程高度兼容，為技術轉化奠定了基礎。

這項突破得益于多學科交叉研究，涉及材料化學、半導體物理和器件工程等領域。研究團隊通過精準調控離子行為，實現了從材料微觀結構到器件宏觀性能的全面優化。該成果不僅推動了鈣鈦礦電池效率紀錄的刷新，更為解決穩定性難題提供了新思路，標志著鈣鈦礦技術向產業化邁出關鍵一步。