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25.7%！香港大学，Nature Photonics！

微算云平台 · 公众号 · · 2025-01-16 08:08

正文

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研究背景

钙钛矿材料因其优异的光电性能，尤其是在光伏、光催化和发光器件等领域的广泛应用而备受关注。富含福尔马铵（FA）的三碘化钙钛矿，作为一种新型光吸收材料，在单结光伏和先进的串联光伏电池中展现出巨大的潜力。与传统的硅基太阳能电池相比，FA富三碘化钙钛矿具备更宽的带隙调节范围、更高的光吸收能力和优异的热稳定性，因此在高效太阳能电池的开发中具有明显优势。然而，这些材料在制备过程中，特别是在结晶过程中，常常面临相变不完全和六角相杂质的存在，导致光伏器件效率和长期稳定性受到严重影响。这种相变过程中的杂质不仅是光激发电荷载流子的陷阱，还会加速光化学降解，进而影响钙钛矿太阳能电池的性能。如何稳定钙钛矿的立方α相，并抑制六角相的形成，成为了当前面临的主要挑战。

成果简介

鉴于此， 香港大学电气电子工程学院Wallace C.H. Choy教授、浙江大学王勇研究员、南方科技大学徐保民教授等 团队携手在Nature Photonics期刊上发表了题为“Eutectic molecule ligand stabilizes photoactive black phase perovskite”的最新论文。该团队设计并制备了一种氢键共晶分子（EM），通过该分子与[PbI6]4−八面体的配位作用，显著促进了角连接八面体的形成，并成功稳定了钙钛矿的α相。与传统的添加剂不同，EM分子通过氢键作用与立方相的角连接八面体形成更强的相互作用，降低了立方α相的形成能，从而有效避免了六角相的生成。研究表明，这一新型的EM分子能够完全驱动FA富三碘化钙钛矿的相变，得到纯净的立方结构钙钛矿膜，且无纳米级相杂质存在，极大地降低了缺陷密度。

利用这种优化后的钙钛矿膜制备的太阳能电池，获得了显著提高的性能，功率转换效率（PCE）达到25.7%（经认证为25.7%），并表现出超过2000小时的优异操作稳定性（T95）。这一研究成果不仅为FA富三碘化钙钛矿的相稳定性提供了新的解决方案，而且为钙钛矿材料在光伏领域的进一步应用奠定了基础。通过这种方法，团队成功地提升了钙钛矿太阳能电池的效率与长期稳定性，为未来光电器件的高效稳定发展开辟了新的技术路径。