5月15日，武汉光电国家研究中心陈炜教授、刘宗豪研究员团队在《科学》期刊上发表了题为 An entropy-regulating molecular lock stabilizes formamidinium lead halide perovskite 的研究论文。
甲脒铅碘(FAPbI3)钙钛矿凭借其理想的带隙以及优异的化学与热稳定性，已成为高效钙钛矿太阳能电池中最具前景的光吸收层材料之一，基于该材料的单结器件认证效率已不断逼近理论极限。然而，其光活性α相在室温下存在严重的相不稳定问题，制约了器件的长期运行。这一问题的根源在于α相的热力学本质，即α相在室温下并非热力学稳定相，其稳定存在依赖于150°C以上甲脒(FA+)离子动态取向无序所提供的熵稳定效应。当温度降至工作温度时，该效应被显著削弱：一方面，FA+离子旋转熵贡献减弱;另一方面，原本被抑制的[PbI6]4−八面体倾斜模式被释放，引发体积膨胀与骨架重构，导致不利熵增，推高α相的吉布斯自由能，使其处于亚稳态。这些因素导致α相易自发转变为光电非活性的δ相。而传统策略如表面缺陷钝化或成分掺杂，未能从根本上解决这一热力学不稳定性，制约了高效
钙钛矿太阳能电池的长期运行稳定性。
针对上述问题，陈炜、刘宗豪团队提出了一种基于分子锁的晶格熵调控策略。研究团队在钙钛矿前驱体溶液中引入了一种双官能团分子添加剂1-(吡啶-3-基甲基)哌嗪盐酸盐(3-PMPCl)。在结晶过程中，该分子像“锁扣”一样动态锚定于钙钛矿晶格，在增强有机阳离子旋转自由度的同时，抑制无机八面体结构无序扩张，从而从根本上延缓材料相变过程。通过这一协同作用，基于3-PMPCl的分子锁效应有效提高了FAPbI3由α相向δ相转变的能垒，增强了其相稳定性。
基于该策略的FAPbI3钙钛矿太阳能电池实现了27.6%的第三方认证效率，并在85°C高温下展现出良好的工作稳定性。该工作从热力学角度出发，为纯相FAPbI3的相稳定性调控提供了新思路。
图1.FAPbI3中α相向δ相转变的理论计算
图2.熵驱动的八面体晶格稳定机制
图3.钙钛矿薄膜质量提升分析
图4.钙钛矿太阳能电池的光电转换效率与稳定性
华中科技大学为论文第一完成单位。我校苗天胤硕士、韩国成均馆大学刘三万博士和南方科技大学雷霞硕士为论文共同第一作者。陈炜教授、刘宗豪研究员，韩国成均馆大学Nam-Gyu Park教授、刘三万博士，俄罗斯科学院化学物理与药物化学问题联邦研究中心Pavel A. Troshin教授和深圳职业技术大学李竞白副教授为论文通讯作者。
陈炜、刘宗豪团队长期致力于钙钛矿太阳能电池的基础与应用研究，在大面积、高效率、高稳定反式钙钛矿太阳能电池及模组和全
钙钛矿叠层太阳能电池研究方面积累了丰富的研究成果。团队早期曾在《科学》和《自然·能源》发表论文，后续围绕稳定性提升与大面积模组制造等关键问题开展系统性研究。近期，团队在反式电池高效率研究方面连续取得突破，相关成果陆续发表于《科学》《自然》《自然·材料》及《自然·能源》;在全钙钛矿叠层太阳能电池方面亦成果频出，多篇论文发表于《自然·通讯》和《焦耳》。
本文内容来源：
https://wnlo.hust.edu.cn/info/1751/13571.htm
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