近日，昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院陳江照教授團(tuán)隊(duì)與冶金與能源學(xué)院黃惠教授團(tuán)隊(duì)合作在材料頂刊《Advanced Materials》上以“Stabilizing grain boundaries by In situ formation of robust layered metallo-organic complex toward high-performance inverted perovskite solar cells”為題發(fā)表最新研究成果，成功解決了鈣鈦礦太陽能電池長期面臨的效率與穩(wěn)定性瓶頸問題，為高效太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了關(guān)鍵支撐。

昆明理工大學(xué)李虎博士為論文的第一作者，昆明理工大學(xué)陳江照教授和黃惠教授為論文的共同通訊作者，昆明理工大學(xué)為論文的第一通訊單位。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金面上、地區(qū)科學(xué)基金、云南省重大科技專項(xiàng)計(jì)劃項(xiàng)目、兵團(tuán)重點(diǎn)領(lǐng)域科技攻關(guān)計(jì)劃、云南省基礎(chǔ)研究青年項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。

https://doi.org/10.1002/adma.202511124

鈣鈦礦太陽能電池因成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高，被視為下一代光伏技術(shù)的核心方向。然而，電池內(nèi)部殘留的碘化鉛容易導(dǎo)致晶界不穩(wěn)定，長期使用后效率衰減嚴(yán)重。這始終制約其商業(yè)化進(jìn)程。由殘留碘化鉛誘導(dǎo)的晶界不穩(wěn)定性一直是進(jìn)一步同時(shí)提高鈣鈦礦電池功率轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)。

針對這一挑戰(zhàn)，昆明理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新型晶界穩(wěn)定策略，通過在鈣鈦礦前驅(qū)液中引入2-碘咪唑（2-IM）來管理鈣鈦礦薄膜中不穩(wěn)定的殘留碘化鉛。2-IM能夠?qū)⒕Ы鐨埩舻牟环€(wěn)定的碘化鉛原位轉(zhuǎn)化為強(qiáng)健的金屬有機(jī)絡(luò)合物（2-IMPbI2），該絡(luò)合物顯示了有序的六方層狀晶體結(jié)構(gòu)。揭示了2-IMPbI2相比于PbI2具有更好的缺陷鈍化效果和穩(wěn)定性。形成的2-IMPbI2促進(jìn)了鈣鈦礦結(jié)晶、鈍化了晶界缺陷、抑制了離子遷移、緩解了相分離和促進(jìn)載流子傳輸，最終同時(shí)提高了電池效率和穩(wěn)定性。由于精心設(shè)計(jì)的晶界調(diào)控策略，1.66eV反式電池獲得了24.12%的效率，該效率處于1.66eV反式電池報(bào)道的最高效率之中。1.53eV反式電池實(shí)現(xiàn)了26.84%的效率，證明了該晶界修飾策略具有很好的普適性。而且，基于2-IMPbI2的寬帶隙鈣鈦礦電池在最大功率點(diǎn)持續(xù)跟蹤1000小時(shí)后仍然保留初始效率的94%，在85 °C加熱老化500小時(shí)后仍然保留初始效率的90%。

圖1. MOC 2-IMPbI2的結(jié)構(gòu)表征。

圖2. 器件光伏性能與穩(wěn)定性研究