浙大王勇組small：陽離子與八面體協同調控實現穩定的FAPbI?鈣鈦礦太陽能電池

發表時間：2025-04-16 10:15

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主要內容

甲脒碘化鉛（FAPbI?）鈣鈦礦在光伏領域展現出廣闊的應用前景，然而其穩定性問題成為制約其進一步發展的關鍵因素。這些問題主要包括甲脒陽離子（FA?）有機組分的揮發，以及[PbI?]??八面體在角共享與面共享結構間發生的不理想相變。特別是，定向且不規則旋轉的FA?陽離子引發的非對稱氫鍵作用，會加速這些轉變過程，進而損害FAPbI?鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的效率和長期穩定性。

針對上述問題，浙江大學王勇教授帶領其團隊開展深入研究，并提出了一種通過三環己基膦三氟甲磺酸鹽（Cy?PH?SO?CF??）穩定FAPbI?鈣鈦礦的穩健策略。該策略的核心在于增強FA?內部的氫鍵作用并緩解八面體變形。具體而言，Cy?PH?憑借其氫鍵能力，通過強氫鍵（F─H、N─H）有效約束并穩定定向的FA?；而強電負性的SO?CF??離子則通過多樣化的共價鍵（Pb─F、Pb─O）修飾[PbI?]??八面體，并釋放晶格的內部應力。

通過實施這一策略，所制備的FAPbI?鈣鈦礦材料顯著減少了有機揮發，有效抑制了相變，從而大幅提高了在熱/濕度應力條件下的相穩定性。此外，FA?陽離子和八面體晶格的協同調控還改善了材料的載流子動力學特性，使其與載流子傳輸層實現了更好的能級匹配。

在器件性能方面，優化后的基于FAPbI?的PSC實現了高達25.93%的驚人效率，并展現出優秀的穩定性。在超過1500小時的功率點跟蹤測試中，該器件保持了初始效率的97%。

總體而言，王勇教授團隊通過多種化學鍵鎖定A位陽離子和八面體晶格，成功開發出一種高效且穩定的用于光伏應用的FAPbI?（甲脒鉛碘）鈣鈦礦材料。該策略不僅有效穩定了FAPbI?鈣鈦礦的晶體結構，還降低了鈣鈦礦薄膜中的缺陷密度。基于所得FAPbI?鈣鈦礦的器件實現了高效且穩定的性能表現，為開發高質量的甲脒基（FA基）鈣鈦礦開辟了新途徑，成為推動高效穩定鈣鈦礦在太陽能電池、發光二極管和激光器等領域應用的關鍵一步。