昆工陳江照AM：原位構建穩(wěn)健層狀金屬-有機復合物使晶界穩(wěn)定，助力高性能倒置鈣鈦礦太陽能電池

發(fā)表時間：2025-08-01 10:32

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主要內容

長期以來，殘留碘化鉛（PbI?）光分解引發(fā)的晶界（GBs）不穩(wěn)定性，猶如一道難以跨越的鴻溝，嚴重制約著鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）在穩(wěn)定性與光電轉換效率（PCE）上的協(xié)同提升。在此科研困境下，昆明理工大學陳江照教授、黃惠教授帶領科研團隊勇攀高峰，成功提出一種**創(chuàng)新性的晶界穩(wěn)定化策略，該策略聚焦于對鈣鈦礦薄膜內不穩(wěn)定的殘留 PbI?進行精準調控。

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創(chuàng)新策略：2 - IM 引入與 2 - IMPbI?生成

團隊**匠心地將 2 - 碘咪唑（2 - IM）引入鈣鈦礦前驅體溶液。經(jīng)深入研究，發(fā)現(xiàn) 2 - IM 能在晶界這一關鍵位置，與不穩(wěn)定的殘留 PbI?發(fā)生原位反應，生成具有有序六方層狀晶體結構的穩(wěn)定金屬 - 有機配合物 2 - IMPbI?。

通過多種**表征手段和全面性能測試，團隊揭示出 2 - IMPbI?相較于傳統(tǒng) PbI?的顯著優(yōu)勢。在缺陷鈍化方面，2 - IMPbI?能更精準地填補晶界缺陷，減少電荷復合中心；在穩(wěn)定性上，其獨特的晶體結構使其更能抵抗外界環(huán)境因素的影響。同時，2 - IMPbI?的形成對鈣鈦礦結晶過程起到積極促進作用，有效抑制離子遷移，減輕相分離帶來的負面影響，為載流子傳輸開辟了“高速通道”，進而實現(xiàn) PCE 和穩(wěn)定性的雙提升。

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器件突破：高效制備與性能刷新

基于這一精妙的晶界調控策略，團隊在器件制備領域取得重大突破。所制備的倒置 1.66 eV 帶隙的 PSCs 實現(xiàn)了 24.12%的 PCE，這一成績躋身目前 1.66 eV PSCs 報道的最高水平行列。

更令人振奮的是，該策略展現(xiàn)出強大的通用性，團隊成功制備出高效 1.53 eV 帶隙的 PSCs，其 PCE 高達 26.84%，刷新了相關領域紀錄。此外，針對含有 2 - IMPbI?的倒置寬帶隙 PSCs，團隊開展了嚴苛的長期穩(wěn)定性測試。在連續(xù) 1000 小時**功率點運行以及 85 ℃熱應力環(huán)境下持續(xù) 500 小時后，器件分別保持了初始效率的 94%和 90%，充分彰顯了該策略在實際應用中的**可靠性和穩(wěn)定性。

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三、總結展望：樹立標桿與開辟新徑

綜上所述，陳江照教授、黃惠教授團隊開發(fā)的這一新型晶界穩(wěn)定化策略，通過將 2 - 碘咪唑（2 - IM）巧妙融入鈣鈦礦前驅體溶液，實現(xiàn)了晶界處不穩(wěn)定殘留 PbI?的原位轉化，生成穩(wěn)定的 2 - IMPbI?。

與 PbI?相比，2 - IMPbI?憑借獨特晶體結構和化學性質，在缺陷鈍化和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)**，能更高效地鈍化晶界缺陷、抑制鹵化物離子遷移、阻止相分離并促進載流子傳輸，從而顯著提升 PCE 和穩(wěn)定性。該策略不僅使倒置 1.66 eV 和 1.53 eV 帶隙鈣鈦礦太陽能電池分別達到 24.12%和 26.84%的高 PCE，為對應帶隙倒置鈣鈦礦太陽能電池性能提升樹立新標桿，而且所制備的含有 2 - IMPbI?的倒置寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池在長時間運行和熱老化測試中穩(wěn)定性優(yōu)異。

本研究通過創(chuàng)新性晶界調控方法，為降低鈣鈦礦薄膜缺陷密度、減輕殘留 PbI?不利影響提供了全新思路和有效方案，為鈣鈦礦太陽能電池的高效穩(wěn)定發(fā)展開辟了嶄新路徑。