鈣鈦礦電池成本低，效率高，是當前最具應用潛力的新型光伏技術。而全無機鈣鈦礦（CsPbI3）憑借其固有的穩定性優勢，具有巨大的應用價值。然而，其高溫結晶過程嚴重制約了其在柔性器件中的應用。近日，華東師范大學物理與電子科學學院方俊鋒、李曉冬團隊聚集反向鈣鈦礦電池，在前期表界面能帶調控的基礎上（Adv. Mater. 2024, 2410273；Adv. Mater. 2024, 2311025），針對CsPbI3結晶溫度高的問題，提出Cs—I鍵弱化策略，有效實現CsPbI3的低溫結晶，率先制備出柔性的CsPbI3鈣鈦礦電池。相關成果以“Low-Temperature Processed CsPbI3 for Flexible Perovskite Solar Cells Through Cs─I bond Weakening”為題發表于Advanced Energy Materials。
Advanced Energy Materials刊發華東師大李曉冬、方俊鋒團隊研究成果
ABX3鈣鈦礦的結晶過程大致可以分為兩步：1）起始的PbI2與I-配位，形成[PbI6]4-八面體；2）A位離子插入[PbI6]4-八面體間隙，形成鈣鈦礦。對于CsPbI3，由于Cs-I鍵長短，Cs-I間結合力強，難以有效解離出足夠的I-離子來與PbI2配位形成[PbI6]4-八面體。因此，往往需要高溫來促使Cs-I的解離（~340或180°C），遠遠超過了當前柔性襯底（PET/PEN）的耐受溫度。目前幾乎所有的CsPbI3電池都基于硬質的玻璃基底，如何實現柔性的CsPbI3電池仍是領域內一大挑戰。
Cs-I弱化策略實現CsPbI3低溫結晶示意圖
針對此，李曉冬和方俊鋒團隊提出Cs-I弱化策略，利用咪唑磺酸鹽SMCl與Cs-I間的配位作用，弱化Cs-I鍵并加速Cs-I的解離，從而顯著降低CsPbI3的結晶溫度。在90°C下就可以實現CsPbI3由黃相到黑相的轉變，從而制備出效率達到13.86%的柔性CsPbI3電池。這也是當前柔性CsPbI3器件的最高效率。此外，相關柔性電池表現出優異的耐彎折性能，經過36000次彎折實驗后，電池效率幾乎沒有損失。
柔性CsPbI3鈣鈦礦電池及其彎折實驗
相關研究得到國家重點研發計劃、國家基金委（杰青、面上）以及上海市科委“雙碳”項目的資助。
附：
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/aenm.202404293
來源｜物理與電子科學學院、科技處 編輯｜蔣萱 編審｜郭文君
