近日，我院有机钙钛矿光伏技术团队在甲脒钙钛矿光伏研究方面取得新进展，通过应力调控策略实现了高效稳定的甲脒钙钛矿太阳能电池。相关工作“Lattice Strain Regulation Enables High-Performance Formamidinium Perovskite Photovoltaics”在线发表在《Advanced Materials》（2023, DOI：10.1002/adma.202304149）。硕士研究生王瑞、李昕昊、齐佳慧为论文共同第一作者，何庭伟博士为通讯作者。团队杨少鹏教授和南开大学袁明鉴研究员为该工作提供了重要支持。
甲脒钙钛矿（FAPbI3）具有理想的光学带隙，是制备高效单结太阳能电池的理想材料。然而，较大尺寸的甲脒离子（FA+）使得光学活性的α-FAPbI3相在室温下很容易转化成非光活性的δ-FAPbI3相，这是高效甲脒钙钛矿太阳能电池制备过程中遇到的普遍问题。甲胺盐酸盐（MACl）辅助结晶虽然可以有效解决δ-FAPbI3相的不稳定问题，但MA组分残留不可避免地导致钙钛矿带隙发生蓝移，不利于实现高的光电转换效率。因此，同时获得窄带隙和高α相纯度是甲脒钙钛矿体系迫切需要解决的难题。
在本工作中，作者尝试通过将一种功能化的有机阳离子对（4-芘氧基丁胺，PYBA）引入到甲脒钙钛矿的晶界处，进而调控FAPbI3钙钛矿的晶格应变。此种情况下，PYBA阳离子头部的四个苯环可以形成强的π-π相互作用，为引入外部压缩应力提供坚实支点，同时尾部的氨基通过氢键与钙钛矿的[PbI6]4-八面体相连，以平衡FAPbI3晶体固有的张应力。实验结果表明，PYBA阳离子作为FAPbI3钙钛矿的晶体模板，诱导α-FAPbI3相的择优取向生长，同时提供的外部压缩应变，补偿了FAPbI3晶体的固有拉伸应力，成功实现了带隙红移且纯α-FAPbI3相的甲脒钙钛矿薄膜。受益于改善的光学和电学性能，PYBA处理的甲脒钙钛矿太阳能电池实现了24.76%的光电转换效率和改善的器件运行稳定性。这项工作中，该团队结合材料设计与结晶动力学调控，成功制备了高效稳定的甲脒钙钛矿太阳能电池器件。该工作不仅为解决甲脒钙钛矿的残留晶格应变问题提出了新策略，而且为进一步制备更高性能的钙钛矿太阳能电池提供了新思路。
以上工作得到了河北大学高层次引进人才项目和光伏技术省部共建协同创新中心的资助，以及河北大学物理学院公共测试中心的大力支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202304149
