Nat Energy:阳离子互扩散调控实现无机钙钛矿太阳能组件中2D/3D异质结构的形成与稳定

来源:知光谷发布时间:2025-07-17 10:35:49

本研究立陶宛考纳斯理工大学Kasparas Rakstys、美国西北大学Mercouri G. Kanatzidis、加拿大多伦多大学Edward H.
Sargent瑞士洛桑联邦理工学院Paul J. Dyson和Mohammad K.
Nazeeruddin等人揭示了无机钙钛矿表面2D/3D异质结构的形成与稳定机制:异质结构的形成主要依赖于铵基与[PbI₆]⁴⁻八面体的相互作用,而其稳定性则取决于整个间隔阳离子与[PbI₆]⁴⁻八面体的结合强度。

通过引入吸电子氟原子增强铵基的正电荷,促进与Cs⁺的阳离子交换,从而形成异质结构;同时,通过额外锚定基团强化间隔阳离子与[PbI₆]⁴⁻的相互作用,抑制高温下的阳离子迁移。

基于此设计的CsPbI₃/(四氟-1,4-亚苯基)二甲烷铵碘化铅异质结构,实现了21.6%的太阳能电池效率和950小时(85°C)的最大功率点运行稳定性,16
cm²的组件效率达19.8%。

文章亮点

机制突破:首次阐明无机钙钛矿2D/3D异质结构的形成(铵基-[PbI₆]⁴⁻作用)与稳定(全阳离子-[PbI₆]⁴⁻作用)的双路径机制。

材料创新:设计含氟及多锚定基团的间隔阳离子,使异质结构在85°C高温下稳定性提升近8倍(T₈₀达950小时)。

效率纪录:实现无机钙钛矿组件(16 cm²)19.8%的认证效率,为当前公开报道的最高值。

Liu, C., Yang, Y., Fletcher, J.D. et al. Cation interdiffusion control for
2D/3D heterostructure formation and stabilization in inorganic perovskite solar
modules. Nat Energy (2025).

https://doi.org/10.1038/s41560-025-01817-6

责任编辑:wanqin
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