南昌大学谈利承和陈义旺 NE:通过有机铯盐实现α-FA-Cs钙钛矿太阳能电池中Cs⁺的可控掺入,认证效率达26.61%

创新点

• 设计出新型有机铯盐 4-(二苯基膦基) 苯甲酸钾（DPPBCs），解决两步法制备 FACs 钙钛矿时 Cs⁺掺入效率低、易生成 δ-CsPbI₃相的难题。利用 DPPBCs 中 P 原子与 PbI₂的强相互作用抑制 δ-CsPbI₃形成，降低钙钛矿生成反应焓，实现 Cs⁺高效可控掺杂，还促成 FA⁺与 Cs⁺在钙钛矿膜中均匀分布，缓解晶格应力，提升薄膜相稳定性。

• 通过密度泛函理论（DFT）和分子动力学模拟，首次清晰阐明 FA₀.₉Cs₀.₁PbI₃的 α-δ 相变路径及对应过渡态结构，揭示 Cs⁺稳定钙钛矿的核心机理：Cs⁺通过 “锁定”[PbI₆]⁴⁻八面体振动、限制 FA⁺旋转，提高相变热力学能垒，还增强 FA⁺与 [PbI₆]⁴⁻间氢键作用，填补了 Cs⁺掺杂调控钙钛矿相变机理的认知空白。

• 基于 DPPBCs 调控策略制备的 n-i-p 型钙钛矿电池，获得 26.91% 的冠军光电转换效率（权威认证 26.61%），1 cm² 大面积器件效率达 25.23%，填充因子 86.11% 居两步法 FACs 电池前列。搭配热稳定 PTAA 电荷传输层的器件，在 ISOS-L-2 协议下 85℃、1-sun 光照连续工作 1500h，仍保留 95% 初始效率，突破两步法器件效率与稳定性的双重瓶颈。

未来展望

• 依托本研究揭示的钙钛矿相变机理和阳离子调控规律，可进一步设计新型有机碱金属盐，优化 A 位阳离子掺杂比例与分布方式，结合光子管理、界面工程技术，进一步提升电池开路电压和短路电流，突破 Shockley-Queisser 极限，同时改善大面积器件制备的重复性，推动两步法工艺向规模化生产迈进。

• 将 DPPBCs 的阳离子调控与缺陷钝化策略，拓展至钙钛矿叠层电池、光电探测器、发光二极管等光电器件领域，结合新型高热稳定、高导电的电荷传输材料，深入研究器件在户外复杂环境中的长期工作稳定性，解决离子迁移、相分离等商业化核心问题，拓宽钙钛矿光电器件的应用场景与产业化前景。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41560-026-02016-7