浙大楊德仁Nat. Commun.：效率達(dá)26.62%！界面鐵電性助力實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的甲脒基鈣鈦礦

發(fā)表時(shí)間：2025-10-31 11:35

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主要內(nèi)容

純碘化物甲脒基（FA，formamidinium）鈣鈦礦在鈣鈦礦光伏領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，是**前景的候選材料。然而，實(shí)現(xiàn)FA基鈣鈦礦的長(zhǎng)期相穩(wěn)定性，目前仍面臨諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

針對(duì)這一難題，浙江大學(xué)楊德仁教授、余學(xué)功教授和王勇研究員等科研團(tuán)隊(duì)提出了一種基于物理原理的界面鐵電性策略。該策略的核心在于將鐵電性的CsMnBr?納米晶（NCs，nanocrystals）巧妙整合到FA基鈣鈦礦體系之中。

這些精心引入的納米晶能夠產(chǎn)生強(qiáng)鐵電場(chǎng)，該鐵電場(chǎng)發(fā)揮著多重關(guān)鍵作用。一方面，它可以促進(jìn)FA陽離子形成有序排列，優(yōu)化其在晶格中的分布狀態(tài)；另一方面，能夠精準(zhǔn)調(diào)節(jié)Pb - I（鉛 - 碘）骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)對(duì)鈣鈦礦晶格的結(jié)構(gòu)調(diào)控能力。這種協(xié)同作用顯著提高了不利于Pb - I八面體轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)能壘，同時(shí)大幅提升了離子遷移所需的能量勢(shì)壘。

得益于上述機(jī)制，所制備的鈣鈦礦材料展現(xiàn)出極高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在嚴(yán)苛的測(cè)試條件下，即85%相對(duì)濕度、85℃的環(huán)境中，鈣鈦礦太陽能電池（PSC，perovskite solar cell）小模組經(jīng)過1000小時(shí)的穩(wěn)定性測(cè)試后，仍能保持初始效率的99%。不僅如此，界面性能的改善還帶來了效率的顯著提升，PSC的效率達(dá)到了26.62%（認(rèn)證值為26.40%），小模組的效率則達(dá)到了24.67%（認(rèn)證值為23.23%）。

從微觀層面來看，當(dāng)鐵電性的CsMnBr?納米晶（NCs）成功整合到FA基鈣鈦礦中后，產(chǎn)生的強(qiáng)鐵電場(chǎng)通過促進(jìn)FA陽離子有序排列以及調(diào)控Pb - I（鉛 - 碘）骨架結(jié)構(gòu)，有效增強(qiáng)了晶體結(jié)構(gòu)的有序性。相變（此處特指不期望發(fā)生的相變）和離子遷移所需克服的能量勢(shì)壘升高，共同為鈣鈦礦材料及器件的穩(wěn)定性提升提供了有力保障。

這種利用界面鐵電性來穩(wěn)定鹵化物鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新物理理念，為開發(fā)高性能、長(zhǎng)期穩(wěn)定的鈣鈦礦基光電器件開辟了一條**前景的新途徑。本研究通過界面鐵電工程，為鈣鈦礦光伏領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供了切實(shí)有效的解決方案。