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手性材料因其非中心对称结构而表现出独特的光电性质。然而,手性构型对卤素空位修复与相稳定性的影响尚不明确,制约了全无机钙钛矿太阳能电池的有效手性钝化策略发展。

本研究陕西师范大学田庆文和中国科学院大连化学物理研究所刘生忠等人通过合理构建基于R-/S-N-(9-芴甲氧羰基)-烯丙基甘氨酸(RAC-NFA)的钙钛矿与空穴传输层间手性介导界面,同步抑制CsPbI₃₋ₓBrₓ太阳能电池中缺陷介导的非辐射复合与相不稳定性。理论与实验分析揭示,RAC-NFA通过“立体选择性互补”机制工作,不仅通过“锁-钥”配位抑制卤素空位形成,还推动热力学有利的二次晶体生长与表面重构,形成更大、高质量的晶粒。此外,晶界处密集排列的芳香族Fmoc基团有效抑制相变与湿氧渗透。RAC-NFA修饰进一步优化能级对齐,促进空穴提取与传输。借助这些协同效应,CsPbI₃₋ₓBrₓ器件实现了22.19%的功率转换效率,为该类材料报道的最高值之一,且在环境空气中800小时后仍保持初始效率的90%以上。

本研究提出一种协同钝化策略,同步提升效率与稳定性,为钙钛矿光伏商业化提供了可行路径。

研究亮点:

  1. “锁-钥”立体选择性互补机制:RAC-NFA通过手性构型与钙钛矿表面缺陷形成精准配位,高效钝化卤素空位与欠配位Pb²⁺,同时驱动晶体二次生长,提升薄膜质量。

  2. 效率与稳定性协同突破:器件效率提升至22.19%,且在800小时环境老化后仍保持>90%效率,成功打破传统钙钛矿电池“效率-稳定性”权衡困局。

  3. 疏水屏障增强环境稳定性:分子中Fmoc基团在晶界形成致密疏水层,有效阻隔湿氧侵蚀,显著延缓相变与材料降解。

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K. Wang, T. Zhou, Z. Wang, et al. “ Chiral Molecular Engineering for Synergistic Defect Passivation and Phase Stabilization Enables 22.19%-Efficient Inorganic Perovskite Solar Cells.” Advanced Energy Materials (2026): e06140.

https://doi.org/10.1002/aenm.202506140

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