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浙大王勇组small：阳离子与八面体协同调控实现稳定的FAPbI₃钙钛矿太阳能电池

发表时间：2025-04-16 10:15

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主要内容

甲脒碘化铅（FAPbI₃）钙钛矿在光伏领域展现出广阔的应用前景，然而其稳定性问题成为制约其进一步发展的关键因素。这些问题主要包括甲脒阳离子（FA⁺）有机组分的挥发，以及[PbI₆]⁴⁻八面体在角共享与面共享结构间发生的不理想相变。特别是，定向且不规则旋转的FA⁺阳离子引发的非对称氢键作用，会加速这些转变过程，进而损害FAPbI₃钙钛矿太阳能电池（PSC）的效率和长期稳定性。

针对上述问题，浙江大学王勇教授带领其团队开展深入研究，并提出了一种通过三环己基膦三氟甲磺酸盐（Cy₃PH⁺SO₃CF₃⁻）稳定FAPbI₃钙钛矿的稳健策略。该策略的核心在于增强FA⁺内部的氢键作用并缓解八面体变形。具体而言，Cy₃PH⁺凭借其氢键能力，通过强氢键（F─H、N─H）有效约束并稳定定向的FA⁺；而强电负性的SO₃CF₃⁻离子则通过多样化的共价键（Pb─F、Pb─O）修饰[PbI₆]⁴⁻八面体，并释放晶格的内部应力。

通过实施这一策略，所制备的FAPbI₃钙钛矿材料显著减少了有机挥发，有效抑制了相变，从而大幅提高了在热/湿度应力条件下的相稳定性。此外，FA⁺阳离子和八面体晶格的协同调控还改善了材料的载流子动力学特性，使其与载流子传输层实现了更好的能级匹配。

在器件性能方面，优化后的基于FAPbI₃的PSC实现了高达25.93%的惊人效率，并展现出优秀的稳定性。在超过1500小时的功率点跟踪测试中，该器件保持了初始效率的97%。

总体而言，王勇教授团队通过多种化学键锁定A位阳离子和八面体晶格，成功开发出一种高效且稳定的用于光伏应用的FAPbI₃（甲脒铅碘）钙钛矿材料。该策略不仅有效稳定了FAPbI₃钙钛矿的晶体结构，还降低了钙钛矿薄膜中的缺陷密度。基于所得FAPbI₃钙钛矿的器件实现了高效且稳定的性能表现，为开发高质量的甲脒基（FA基）钙钛矿开辟了新途径，成为推动高效稳定钙钛矿在太阳能电池、发光二极管和激光器等领域应用的关键一步。