古老颜料为钙钛矿光伏提出稳定性新解

记者从厦门大学获悉，该校郑南峰院士、吴炳辉教授团队在钙钛矿太阳能电池研究中取得重要进展，他们提出利用普鲁士蓝框架协同调控钙钛矿的材料形成、缺陷演化、器件运行中的离子迁移与分布，为提升钙钛矿光伏的稳定性提供了新解。9月25日，该团队联合暨南大学、清华大学等合作单位共同完成的相关研究成果发表在国际学术期刊《科学》。

普鲁士蓝被视为人类历史上第一种现代合成颜料，广泛应用于绘画、印刷和蓝晒成像等领域。同时，它具有的开放框架结构和混合价态中心等特殊结构和化学特性，在研究离子存储、离子传输和氧化还原过程领域展现出应用潜力。

普鲁士蓝引导钙钛矿结晶过程。厦门大学官网

这项研究中，研究人员将普鲁士蓝纳米颗粒引入钙钛矿吸光层，利用其与钙钛矿相近的晶格特征、可逆氧化还原活性和开放框架结构，使其同时参与材料形成与器件运行两个阶段的调控。研究发现，引入普鲁士蓝后，钙钛矿的成核、中间相转化和晶体生长过程得到有效调控，最终形成具有更明显择优取向和更低局域应变的薄膜；在外加电场作用下，离子的长程迁移和重新分布受到抑制，电场诱导的局域电势变化也显著减小。

为检验该材料策略在不同器件结构和面积放大条件下的适用性，研究团队分别在正置和倒置钙钛矿太阳能电池中进行了验证。引入普鲁士蓝后，两类小面积器件的光电转换效率均超过26%；在面积放大过程中，6cm×6cm正置结构模组获得23.4%的效率；30cm×30cm倒置结构模组获得22.9%的效率。

这项研究将钙钛矿薄膜的形成与器件运行视为一个相互关联的连续过程，并利用普鲁士蓝化学特性协同调控晶体生长、缺陷转化和离子迁移，为设计兼具结构引导、氧化还原缓冲和离子调控功能的开放框架材料提供了新思路。