浙大王勇組small：陽離子與八面體協(xié)同調(diào)控實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的FAPbI?鈣鈦礦太陽能電池

發(fā)表時(shí)間：2025-04-16 10:15

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主要內(nèi)容

甲脒碘化鉛（FAPbI?）鈣鈦礦在光伏領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，然而其穩(wěn)定性問題成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。這些問題主要包括甲脒陽離子（FA?）有機(jī)組分的揮發(fā)，以及[PbI?]??八面體在角共享與面共享結(jié)構(gòu)間發(fā)生的不理想相變。特別是，定向且不規(guī)則旋轉(zhuǎn)的FA?陽離子引發(fā)的非對稱氫鍵作用，會加速這些轉(zhuǎn)變過程，進(jìn)而損害FAPbI?鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的效率和長期穩(wěn)定性。

針對上述問題，浙江大學(xué)王勇教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)開展深入研究，并提出了一種通過三環(huán)己基膦三氟甲磺酸鹽（Cy?PH?SO?CF??）穩(wěn)定FAPbI?鈣鈦礦的穩(wěn)健策略。該策略的核心在于增強(qiáng)FA?內(nèi)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(qiáng)氫鍵（F─H、N─H）有效約束并穩(wěn)定定向的FA?；而強(qiáng)電負(fù)性的SO?CF??離子則通過多樣化的共價(jià)鍵（Pb─F、Pb─O）修飾[PbI?]??八面體，并釋放晶格的內(nèi)部應(yīng)力。

通過實(shí)施這一策略，所制備的FAPbI?鈣鈦礦材料顯著減少了有機(jī)揮發(fā)，有效抑制了相變，從而大幅提高了在熱/濕度應(yīng)力條件下的相穩(wěn)定性。此外，F(xiàn)A?陽離子和八面體晶格的協(xié)同調(diào)控還改善了材料的載流子動力學(xué)特性，使其與載流子傳輸層實(shí)現(xiàn)了更好的能級匹配。

在器件性能方面，優(yōu)化后的基于FAPbI?的PSC實(shí)現(xiàn)了高達(dá)25.93%的驚人效率，并展現(xiàn)出優(yōu)秀的穩(wěn)定性。在超過1500小時(shí)的功率點(diǎn)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(tuán)隊(duì)通過多種化學(xué)鍵鎖定A位陽離子和八面體晶格，成功開發(fā)出一種高效且穩(wěn)定的用于光伏應(yīng)用的FAPbI?（甲脒鉛碘）鈣鈦礦材料。該策略不僅有效穩(wěn)定了FAPbI?鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)，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(shí)現(xiàn)了高效且穩(wěn)定的性能表現(xiàn)，為開發(fā)高質(zhì)量的甲脒基（FA基）鈣鈦礦開辟了新途徑，成為推動高效穩(wěn)定鈣鈦礦在太陽能電池、發(fā)光二極管和激光器等領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵一步。