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研究背景

鈣鈦礦材料因其優異的光電性能，尤其是在光伏、光催化和發光器件等領域的廣泛應用而備受關注。富含福爾馬銨（FA）的三碘化鈣鈦礦，作為一種新型光吸收材料，在單結光伏和先進的串聯光伏電池中展現出巨大的潛力。與傳統的硅基太陽能電池相比，FA富三碘化鈣鈦礦具備更寬的帶隙調節范圍、更高的光吸收能力和優異的熱穩定性，因此在高效太陽能電池的開發中具有明顯優勢。然而，這些材料在制備過程中，特別是在結晶過程中，常常面臨相變不完全和六角相雜質的存在，導致光伏器件效率和長期穩定性受到嚴重影響。這種相變過程中的雜質不僅是光激發電荷載流子的陷阱，還會加速光化學降解，進而影響鈣鈦礦太陽能電池的性能。如何穩定鈣鈦礦的立方α相，并抑制六角相的形成，成為了當前面臨的主要挑戰。

成果簡介

鑒于此，香港大學電氣電子工程學院Wallace C.H. Choy教授、浙江大學王勇研究員、南方科技大學徐保民教授等團隊攜手在Nature Photonics期刊上發表了題為“Eutectic molecule ligand stabilizes photoactive black phase perovskite”的最新論文。該團隊設計并制備了一種氫鍵共晶分子（EM），通過該分子與[PbI6]4?八面體的配位作用，顯著促進了角連接八面體的形成，并成功穩定了鈣鈦礦的α相。與傳統的添加劑不同，EM分子通過氫鍵作用與立方相的角連接八面體形成更強的相互作用，降低了立方α相的形成能，從而有效避免了六角相的生成。研究表明，這一新型的EM分子能夠完全驅動FA富三碘化鈣鈦礦的相變，得到純凈的立方結構鈣鈦礦膜，且無納米級相雜質存在，極大地降低了缺陷密度。

利用這種優化后的鈣鈦礦膜制備的太陽能電池，獲得了顯著提高的性能，功率轉換效率（PCE）達到25.7%（經認證為25.7%），并表現出超過2000小時的優異操作穩定性（T95）。這一研究成果不僅為FA富三碘化鈣鈦礦的相穩定性提供了新的解決方案，而且為鈣鈦礦材料在光伏領域的進一步應用奠定了基礎。通過這種方法，團隊成功地提升了鈣鈦礦太陽能電池的效率與長期穩定性，為未來光電器件的高效穩定發展開辟了新的技術路徑。