硕士生一作!湖北大学李金华/武汉大学台启东/半导体所游经碧Nature子刊 | 高湿条件下高效CsPbI3太阳能电池的水分响应结晶策略!
无机钙钛矿CsPbI₃因其优异的化学稳定性和突出的光电性能，已成为光伏领域的研究热点。然而，Cs⁺较小的离子半径导致其晶格容易发生畸变，在环境空气中，特别是在水分的侵蚀下，极易相变为非光活性的δ相，这严重阻碍了其实际应用。目前，大多数高效率的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池（PSCs）必须在惰性气体或低湿度环境中制备，这种苛刻的环境控制要求是实现其规模化、低成本生产的巨大障碍。因此，如何在不受相对湿度限制的环境空气中制备出高效且稳定的CsPbI₃ PSCs，是该领域亟待解决的重大挑战。湖北大学李金华、武汉大学台启东、半导体所游经碧团队提出了一种利用丙基三乙氧基硅烷（PTES）的湿度响应结晶策略，用于在高湿度环境空气中制备高质量的CsPbI₃薄膜。研究表明，PTES的硅氧烷基团能够捕获中间相DMAPbI₃中的DMA⁺离子，从而促进DMA⁺的释放和Cs⁺的掺入，加速了结晶动力学。2022级硕士研究生戴维德仁为论文第一作者。这一策略使得在55%相对湿度下制备的CsPbI₃ PSCs实现了21.00%的光电转换效率（PCE）和高达86.1%的填充因子（FF）。在25%相对湿度及氮气氛围旋涂/空气中退火的条件下，器件效率分别进一步提升至21.85%和22.60%（认证效率22.02%）。此外，PTES处理的器件在环境条件下表现出卓越的运行稳定性。总之，该项研究证明了PTES能与环境中的水分反应，通过形成Si-O-Pb和Si-O-Si疏水网络，原位交联钙钛矿晶格，从而强化晶格相互作用并有效防止水分侵蚀。同时，PTES促进了DMA⁺离子从DMAPbI₃框架中分离，加速了CsPbI₃的结晶动力学，从而在高温高湿环境下获得了高质量且相稳定的CsPbI₃薄膜。得益于这一机制，该研究在55%和25%相对湿度的环境空气中分别实现了21.00%和21.85%的冠军效率，而在氮气氛围旋涂/空气中退火的器件更是达到了22.60%的效率。在不同湿度条件下，器件性能的微小差异证明了该策略具有广泛的湿度耐受性，其中在>50%相对湿度下的结果是CsPbI₃ PSCs的领域最高效率之一。这项工作为克服无机钙钛矿制备中的环境限制提供了一种可行的方法，为开发可扩展且稳定的器件铺平了道路。Dai, W., Li, J., Gou, Y. et al. Moisture-responsive crystallization strategy for efficient CsPbI3 solar cells fabricated under high-humidity conditions. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69687-4
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