近日，意昂4体育官方光電能源和資源化學團隊在國際知名期刊Journal of the American Chemical Society發表了關於穩態與亞穩態低維鈣鈦礦的最新研究成果：“Myth behind Metastable and Stable n-Hexylammonium Bromide-Based Low-Dimensional Perovskites”。該工作研究鈣鈦礦光電薄膜鈍化中常用的正己基溴化銨（n-Hexylammonium Bromide, HABr）修飾分子的鈍化機製，通過對基於HABr的二維鈣鈦礦的理化性質的探究，厘清了正己基溴化銨基二維鈣鈦礦的穩定化機製👩🏻‍💼，並在理論指導下構築了HABr基二維鈣鈦礦鈍化的具有三維結構和熱力學穩定的FA-Cs鈣鈦礦太陽能電池，取得了24.29%的高光電轉化效率和長期運行穩定性。該工作為理性設計低維鈣鈦礦的晶體結構及其光電應用提供了系統的解析與指導🥺。

    近年來，具有優異光電性能的鈣鈦礦材料在光伏、發光、光探測器等領域發展迅速🐼，具有廣泛的應用前景🚱👨‍👧‍👧。Ruddlesden-Popper (RP) 型二維鈣鈦礦由有機陽離子層分離的無機金屬鹵化物八面體層堆疊構成，表現出優於三維鈣鈦礦的熱穩定性🌂💂🏽‍♀️，且具有增強的激子約束性和更低的缺陷密度📻。然而目前對於RP型混合鹵化物鈣鈦礦的研究較少🤦🏿‍♀️，尤其對於其晶體結構與形成路徑存在爭議。為了更有針對性地實現鈣鈦礦光電薄膜的功能化與穩定性的提升🫑，對低維鈣鈦礦相關反應背後的機理亟需系統性的研究。

圖1 HABr基二維鈣鈦礦的轉化機製

    趙一新教授團隊長期致力於鈣鈦礦太陽能電池的研究🤟🏼。團隊圍繞光伏產業高效率和高穩定性的目標😵‍💫，針對鈣鈦礦晶體生長、缺陷鈍化👵🏃🏻‍♀️、結構穩定化等關鍵科學問題，完成了一系列有特色的工作。在此次發表的工作中🧑‍🦯🧑‍🎨，發現新製備的RP型己胺鉛溴（HA2PbBr4）單晶處於亞穩態，其結構會隨著老化而發生晶格應變的弛豫並實現穩定。相比而言🦄，晶格應變已得到釋放的HA2PbBr4薄膜具有更高的結構穩定性，而己胺鉛碘（HA2PbI4）單晶則不會隨著老化而發生晶體結構的變化🤸🏼‍♂️。當采用HABr作為甲脒鉛碘（FAPbI3）鈣鈦礦薄膜的修飾劑時☸️💻， HABr可與三維的FAPbI3反應並嵌入其晶格，形成HAFAPbI3Br的混合陽離子混合鹵化物二維鈣鈦礦。HAFAPbI3Br鈣鈦礦處於一種分解與生成的動態平衡中🕝🕐，並不是製備成太陽能電池器件的最佳選擇✌🏻🧙‍♂️。而通過HABr與PbI2反應形成的HA2PbI2Br2二維鈣鈦礦具有優秀的穩定化效果與缺陷鈍化作用。

圖2 HABr基二維鈣鈦礦的晶體結構演化及電池器件表征

    理論上熱力學穩定性高的FA-Cs鈣鈦礦👮🏻‍♀️，經常因為缺陷密度高而無法實現高效穩定的目標。在上述低維鈣鈦礦穩定性機製研究的基礎上，該工作通過化學設計成功構築HA2PbI2Br2鈍化層並實現了高效穩定的鈍化效果。這項工作為理性設計低維鈣鈦礦的化學組分與晶體結構🫲🏽，特別是基於有機陽離子溴化物的鈣鈦礦穩定性提升及其在光電領域的實用化推廣提供了有效的路徑。意昂4体育平台博士生範穎平為該研究工作的第一作者，趙一新教授與陳悅天助理教授為共同通訊作者👨🏼‍🏭。該研究得到國家自然科學基金👨🏻‍🦯🏇🏿、上海市優秀學術/技術帶頭人計劃、上海市浦江人才計劃等項目的資助💆🏽‍♂️。

    文章鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.3c01684