中国科大在无铅钙钛矿结晶调控与缺陷机理分析研究中取得新进展

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胡芹课题组在无铅钙钛矿结晶调控研究中取得突破性进展，有效解决了锡基钙钛矿材料易氧化、快速结晶和稳定性差等难题。该团队创新性地采用分子桥接策略，精准调控钙钛矿结晶过程，显著提升了薄膜质量，并利用同步辐射X射线原位散射技术，深入解析了其结晶动力学机制。这项研究成果发表在国际知名期刊《Small》上，为高效稳定的无铅锡基钙钛矿太阳能电池的研发提供了坚实的理论基础和技术支撑。

钙钛矿太阳能电池技术是推动绿色能源发展的重要方向，但目前主流的铅基钙钛矿材料存在环境毒性风险。相比之下，锡基钙钛矿材料因其低毒性、优异的光电性能和理想的带隙而备受关注。然而，其易氧化和快速结晶特性限制了其性能的发挥。胡芹课题组与中国科学院大学孟祥悦课题组、香港城市大学任广禹课题组合作，巧妙地利用肼甲酸甲酯（MeC）分子桥接技术，有效降低了锡基钙钛矿的结晶速度。

研究团队通过傅里叶变换红外光谱和核磁共振氢谱，证实了MeC分子与钙钛矿晶格之间通过配位键和氢键的相互作用机制（图1b）。原位掠入射广角X射线散射和原位光致发光表征结果（图1c-f）进一步验证了该策略能够增加成核位点，抑制快速结晶，从而提高结晶质量和取向性。

图1. (a) 锡基钙钛矿太阳能电池结构示意图；(b) 肼甲酸甲酯与钙钛矿晶格相互作用示意图；(c,d) 对照组和实验组原位掠入射广角X射线散射积分剖面图；(e,f) 对照组和实验组原位光致发光光谱。

该策略优化了钙钛矿活性层与载流子传输层间的能级匹配，促进了载流子传输，并钝化了深能级缺陷，抑制了非辐射复合（图2a-c）。最终，采用该策略制备的锡基钙钛矿太阳能电池功率转换效率从10.43%提升至14.02%（图2d），并在最大功率点连续运行200小时后仍保持90%以上的初始效率（图2e），展现出优异的稳定性。

图2. (a) 锡基钙钛矿太阳能电池能带示意图；(b,c) 实验组和对照组钙钛矿活性层能带结构及深能级缺陷分布示意图；(d) 对照组与实验组电池器件电流密度-电压曲线；(e) 锡基钙钛矿太阳能电池最大功率点运行稳定性对比图。

这项研究成果不仅提出了一种有效的分子桥接结晶调控策略，更揭示了锡基钙钛矿结晶动力学机理，为未来开发高效稳定的无铅钙钛矿太阳能电池提供了重要的理论指导和技术借鉴。 论文第一作者为我院硕士研究生苑成健，通讯作者为胡芹特任研究员、中国科学院大学孟祥悦教授和香港城市大学任广禹教授。 该研究得到了多项国家级项目的资助，并得到了多家科研机构的大力支持。

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