甲脒铅碘基钙钛矿（FAPbI₃）在结晶过程中容易受到过度单一取向影响，导致通过溶液法制备的薄膜中应力积累严重，进而限制了钙钛矿太阳电池的电荷输传输效率和长期稳定性。

近日，我院赵奎教授团队提出了一种创新的晶面互补策略，旨在缓解FAPbI₃钙钛矿薄膜中的残余应力。该策略通过向体相薄膜内引入脒基添加剂—1-(2-氟苄基)-1H-吡唑并[3,4-b]吡啶-3-甲酰亚胺盐酸盐（FPPC），有效调节了钙钛矿的结晶取向，从而改善了器件的光伏性能。研究团队发现：FPPC配体通过化学吸附于铅卤八面体晶格，降低了钙钛矿在(111)晶面上的表面能，促进了结构更为稳定的(111)晶面的形成，部分替代了原有的(100)取向，并在FAPbI₃薄膜中实现(111)与(100)晶面的互补，显著降低了因过度单一取向晶面导致的应力残留。此外，FPPC配体与PbI₂的配位键合可起到调节钙钛矿结晶生长的作用，拓宽了晶体生长窗口，促进更为有序的晶格重排，有效平衡了从体相到表面的结晶速率，实现了沿垂直于衬底方向上晶体的均质化生长。基于此优化策略，团队基于0.09 cm²和1.0 cm²尺寸电池上分别实现了25.63%和24.26%的高效率，同时显著提升了器件在光照及湿度条件下的稳定性。

该工作揭示了钙钛矿薄膜的晶面取向、残余应力与结晶动力学之间的紧密联系，为开发高效稳定钙钛矿太阳电池的开发提供了重要的理论指导和实验依据。相关研究成果以“Facet Orientation-Dependent Strain Relaxation Stabilizes FAPbI₃ Perovskite Solar Cells”为题，发表于知名材料类期刊《ACS Energy Letters》上。

该工作得到：中国三峡集团科研项目（Grant No.202303014）、111项目（B21005）、中央高校基本科研业务费（GK202201005、GK202304047）、西安科协青年托举基金（959202413046）和陕西师范大材料学院青年科学家基金（2024YSIP-MSE-SNNU001）的支持。该论文的第一作者是我院博士研究生杨廷欢，通讯作者为牛天启老师和赵奎教授。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.4c02674.

撰稿：杨廷欢  赵奎    审核：刘治科  董芬芬