Nat Energy：阳离子互扩散调控实现无机钙钛矿太阳能组件中2D/3D异质结构的形成与稳定

本研究立陶宛考纳斯理工大学Kasparas Rakstys、美国西北大学Mercouri G. Kanatzidis、加拿大多伦多大学Edward H. Sargent瑞士洛桑联邦理工学院Paul J. Dyson和Mohammad K. Nazeeruddin等人揭示了无机钙钛矿表面2D/3D异质结构的形成与稳定机制：异质结构的形成主要依赖于铵基与[PbI₆]⁴⁻八面体的相互作用，而其稳定性则取决于整个间隔阳离子与[PbI₆]⁴⁻八面体的结合强度。

通过引入吸电子氟原子增强铵基的正电荷，促进与Cs⁺的阳离子交换，从而形成异质结构；同时，通过额外锚定基团强化间隔阳离子与[PbI₆]⁴⁻的相互作用，抑制高温下的阳离子迁移。

基于此设计的CsPbI₃/(四氟-1,4-亚苯基)二甲烷铵碘化铅异质结构，实现了21.6%的太阳能电池效率和950小时（85°C）的最大功率点运行稳定性，16 cm²的组件效率达19.8%。

文章亮点

1. 机制突破：首次阐明无机钙钛矿2D/3D异质结构的形成（铵基-[PbI₆]⁴⁻作用）与稳定（全阳离子-[PbI₆]⁴⁻作用）的双路径机制。

2. 材料创新：设计含氟及多锚定基团的间隔阳离子，使异质结构在85°C高温下稳定性提升近8倍（T₈₀达950小时）。

3. 效率纪录：实现无机钙钛矿组件（16 cm²）19.8%的认证效率，为当前公开报道的最高值。

Liu, C., Yang, Y., Fletcher, J.D. et al. Cation interdiffusion control for 2D/3D heterostructure formation and stabilization in inorganic perovskite solar modules. Nat Energy (2025).

https://doi.org/10.1038/s41560-025-01817-6

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