Wallace C.H. Choy教授、徐保民教授，王勇教授 Joule观点：亚表面晶格重构策略稳定钙钛矿

第一作者：高治文，王勇

通讯作者：王勇*，徐保民*，Wallace C.H. Choy*

单位：香港大学，南方科技大学，浙江大学

甲酰胺（FA）基钙钛矿是制备高效率钙钛矿太阳能电池最有前途的选择之一，原因在于其优越的带隙和优异的化学组分稳定性。然而，光活性的立方相FA基钙钛矿本质上面临着结构稳定性的挑战，即在外部刺激如电场、湿气、热和光的作用下，立方相容易转变为六方相。提高立方相稳定性的常见策略是调节Goldschmidt容忍因子，使其朝向完美的立方钙钛矿结构，或者进行缺陷钝化。纯碘FA1-xCsxPbI3钙钛矿可避免不稳定的挥发性甲胺阳离子和由混合卤素离子引起的相分离。并且通过调整Cs+离子含量，甲酰胺-铯（FA-Cs）混合阳离子钙钛矿可以获得理想的容忍因子。虽然目前已经制定了一系列策略，以减少缺陷并提高FA1-xCsxPbI3钙钛矿太阳能电池的效率至>24%。然而，FA1-xCsxPbI3钙钛矿仍然面临稳定性挑战。在ABX3型钙钛矿中，角共享八面体和面共享八面体之间存在竞争。通常不稳定的角共享八面体倾向于转变为更稳定的面共享八面体。特别是，在FA基钙钛矿中，一些面共享八面体不可避免地形成，这可以作为种子促进角共享八面体向面共享八面体的转变。一些关于金属氧化物钙钛矿的研究表明，对八面体的微小调控会导致材料功能的显著差异，包括稳定性。例如，调节八面体的倾斜程度可提高卤化物钙钛矿的稳定性。Doherty等也成功地通过增加FAPbI3中八面体的倾斜度来提高其稳定性。这些结果表明，调整晶格结构可能有效解决FA基钙钛矿的稳定性。

近日，来自香港大学的Wallace C.H. Choy教授与南方科技大学的徐保民教授和浙江大学王勇教授合作，在国际知名期刊Joule上发表题为“Reconstructing Subsurface Lattice for Stable Perovskite Photovoltaics”的研究文章。该文章开发了一种亚表面晶格重构（SLR）策略以提升钙钛矿的相稳定性。

通过引入极性聚磷酸盐乙二胺四（亚甲基膦酸）（EDTMP），同时调节FA_0.92Cs_0.08PbI₃亚表面的Pb²⁺和I−的平面位置，从而形成晶格重构的亚表面。由于抑制了[PbI₆]₄⁻八面体的旋转，所得到的晶格结构抑制了角共享八面体向面共享八面体的转变，从而增强了FA基钙钛矿的稳定性。这些钙钛矿电池表现出卓越的稳定性，在6000小时存储后保持96%的初始效率，在3000小时以上最大功率点（MPP）测试后保持95%的初始效率。

Reconstructing subsurface lattice for stable perovskite photovoltaics 

王勇（博士), 国家级高层次青年人才，博士毕业于西安交大金属材料专业，随后在上海交大、香港大学、林雪平大学从事博士后研究。2022年9月加盟浙江大学杭州国际科创中心、随后兼聘至浙江大学材料学院并加入硅及先进半导体材料全国重点实验室。当前主要研究方向为新型半导体材料及其光电子器件应用（包括硅基钙钛矿光伏、高能射线探测器）。近5年，发表SCI论文50余篇，包括以一作/通讯在 Science，J Am Chem Soc，Adv Mater，Angew Chem Int Ed，Joule等重要期刊发表论文，SCI他引 4000 多次。其中，4篇论文入选ESI热点论文，7篇论文入选ESI高被引论文，1篇论文获“2019年中国百篇最具影响国际学术论文”。申请发明专利10项，已获授权发明专利5项。担任 J Energy Chem，Rare metals 青年编委，Front Mater 期刊客座编辑。2019 年获陕西省优秀博士论文。

徐保民, 1986年获清华大学材料科学学士学位；1991年获中国科学院上海硅酸盐研究所材料科学博士学位；1994-1996年在美国宾州州立大学材料研究所博士后学习，之后任材料研究所助理研究教授。2000年11月至2014年7月在美国施乐公司PARC研究中心 (Xerox Palo Alto Research Center) 担任高级研究员，项目经理。现为南方科技大学材料科学与工程系讲席教授。徐保民教授拥有完整的在美国顶尖大学和国际一流工业研究中心的领导和管理经验，并致力于有产业化前景的基础研究。

Wallace. C. H. Choy，香港大学教授、博士生导师，多年从事半导体光电子器件的理论与实验研究，1999年博士毕业于英国萨里大学后，曾先后在加拿大国家研究中心、美国伊利诺斯大学、美国加州硅谷的日本富士通化合物半导体公司工作；目前为香港大学电子与电子工程学系教授，研究兴趣主要涉及有机小分子/聚合物、钙钛矿和其它半导体薄膜太阳能电池以及发光二极管的研究，纳米材料与器件包括材料生长、器件制备及其光电特性等的研究。2014至2017年，蔡植豪教授的论文引用达到ESI中引用最多科学家的前1%，同时于2014年被《自然》杂志誉为香港有机太阳能电池领域prolific researcher（WFC in physical sciences）。

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