低维钙钛矿被广泛用于提升钙钛矿太阳能电池性能。然而传统低维钙钛矿依托氨基类阳离子,其氢键作用较弱,易发生去质子化,造成稳定性不足。
武汉大学柯维俊团队设计一类稳定的三甲基鏻基阳离子,以磷原子为中心配体并带有稳定甲基(–CH₃)基团。该类阳离子具备更高的酸解离常数,霍夫曼消除反应受到抑制,同时降低双分子亲核取代反应倾向,既可抑制薄膜降解,又能实现高效缺陷钝化。
单晶结构解析表明,该阳离子自组装形成一维类钙钛矿结构,包裹并保护无机铅碘骨架,赋予材料优异的耐湿、耐热与抗偏压能力。基于此,带隙 1.25 eV 的锡铅混合窄带隙单结钙钛矿太阳能电池实现 24.19% 光电转换效率。
全钙钛矿叠层器件开路电压高达 2.224 V,光电转换效率达到 30.17%(认证效率 29.18%);在持续最大功率点追踪测试下,该叠层器件 2000 小时以上仍保留 90% 以上初始效率。
此外,这种由一维三甲基鏻阳离子构筑的类钙钛矿结构同样成功应用于带隙 1.77 eV 高性能钙钛矿太阳能电池以及绿色钙钛矿发光二极管,证明该体系可作为通用平台,构筑高效稳定的钙钛矿光电器件。
武汉大学柯维俊:武汉大学物理科学与技术学院教授、博士生导师,入选国家青年人才项目、武汉英才、国际先进材料学会终身会士、全球高被引科学家。H因子73,单篇最高被引>1300次,总被引用>20000次。代表性学术成果以通讯作者(含共同通讯)和第一作者身份发表在Nature (1篇), Nat. Photonics (2篇), Nat. Nanotechnol. (1篇), Nat. Commun. (7篇), Sci. Adv. (3篇), Adv. Mater. (18篇),J.Am.Chem.Soc. (6篇), Joule (2篇),Energy Environ. Sci. (5篇), Sci. Bull. (4篇)等学术期刊上,通讯/第一作者论文累计19篇入选ESI高被引,7篇入选ESI热点。获授权9项中国发明专利和2项美国发明专利,出版专著一本《氧化锡与钙钛矿太阳能电池》(科学出版社)。主要从事新型半导体光电子材料与器件的理论、设计、制备和应用化研究,特别是新型钙钛矿太阳能电池、探测器和发光二极管领域的研究。https://www.nature.com/articles/s41566-026-01972-6