廈門大學化學化工學院毛秉偉教授、梁萬珍教授、謝兆雄教授、顏佳偉教授、田中群教授課題組合作在鈣鈦礦型有機金屬鹵化物資料相穩定性機理研究方面取得重要進展,相關結果以“Revealing phase evolution mechanism for stabilizing formamidinium-based lead halide perovskites by a key intermediate phase”為題,線上發表於Chem(DOI: 10.1016/j.chempr.2021.07.011)。
鈣鈦礦太陽能電池是近年來化學、資料、能源等領域的研究熱點之一。現時,人們通常利用組分工程、添加劑工程和器件工藝優化等思路,以FAPbI3為基礎,在前驅體溶液中引入溴離子、氯離子或是銫離子以及甲胺離子形成多元複合鈣鈦礦,並通過優化其組成和比例來抑制甲脒基鈣鈦礦的相變。然而人們仍然缺乏在分子和結構層次上對甲脒基鈣鈦礦的相變過程與相穩定機理的認識。
本研究通過在FAPbI3體系引入溴離子,捕獲到其相變過程中三個具有新相結構的中間體。結合單晶結構分析和理論計算,發現鈣鈦礦鉛鹵八面體結構演化過程和陽離子的填充規律嚴格地遵循離子晶體所適用的鮑林規則。通過提高共頂點鹵素的含量與立方體籠子的含量就可以有效地提升鈣鈦礦相的結構穩定性。據此,揭示了氯、溴、銫和甲胺在抑制甲脒基鈣鈦礦相變過程中的關鍵作用,為製備高效且穩定的鈣鈦礦太陽能電池提供了重要指導和新的研究思路。
廈門大學化學化工學院博士後南子昂、研究助理陳亮和博士生劉琪為該研究的共同第一作者。博士生王蘇恒、譚豔豔、惠勇參與了表徵與製備工作。牛津大學博士後陳志昕、博士生康韶宇與蘇黎世聯邦理工學院博士生吉家葆在構效關係討論中給予了重要的啟發。該研究得到了國家自然科學基金(項目準予號:21727807、21833006、21931009),科技部重大基礎研究計畫(項目準予號:2016YFA0200703)的資助。廈門大學化學化工學院鄭南峰教授、張洪良教授、王忻昌副教授、曹淩雲博士、瞿航博士,清華大學王泉明教授、山西師範大學李士利副教授、華南理工大學王宇副教授、南方科技大學華煜輝博士、日內瓦大學楊華豔博士、理學公司嚴子耳博士、果殼網劉冬宇對文章的組織和提升給予了重要的幫助。
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https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.07.011
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