近日，微电子学院范建东/李闻哲课题组在CsPbI2Br全无机钙钛矿太阳电池器件研究中取得重要进展，相关成果以《Chromium-Based Metal–Organic Framework as A-Site Cation in CsPbI2Br Perovskite Solar Cells》为题发表在 Advanced Functional Materials （IF=18.808）上。博士研究生袁松洋为论文第一作者，范建东研究员和李闻哲副研究员为通讯作者。

       无机钙钛矿CsPbIxBr3-x（0≤x≤3）太阳能电池由于其出色的热稳定性而受到研究者的广泛关注，但是，它们较差的湿度稳定性阻碍了其进一步的商业化应用。鉴于此，我们首次通过引入铬金属有机框架化合物(Cr-MOF)，设计并生长了基于此的二维结构钙钛矿材料。该材料通过[PbI6]4-八面体顶点相连，形成单层螺旋网状的无机层，Cr-MOF结构位于网格空位中与无机层交替排列，形成独特的2D钙钛矿结构。研究发现，通过将该材料与CsPbI2Br进行掺杂，可以实现多维度的电子耦合，Cr-MOF结构中金属Cr离子具有较低的晶体场分裂能，易于激发价电子离域，并通过配位体三联吡啶（TPy）的π-共轭结构，实现载流子的多向传输。铬金属有机框架钙钛矿掺杂后，可以与3D钙钛矿形成晶格匹配良好的异质结结构，差分电荷计算结果表明，铬金属有机框架钙钛矿可以有效提取3D钙钛矿中的电子，有利于钙钛矿本体和电池器件功能层间的电荷传输。

图1. Cr-MOF-CsPbI2Br钙钛矿电子结构示意图

       同时，飞行时间二次离子质谱的测试结果表明，铬金属有机框架钙钛矿通过自组装的形式，聚集在钙钛矿层表面，有效抑制了水汽对钙钛矿层的侵蚀。与空白的CsPbI2Br钙钛矿电池器件相比，铬金属有机框架钙钛矿掺杂后，器件效率和稳定性得到了明显的提升，获得了17.02%的功率转化效率。同时，器件在相对湿度为30%的环境中，经过1000小时老化后仍保持 80% 的初始效率。这项研究为解决无机钙钛矿的稳定性挑战提供了新的范例。

图2. Cr-MOF-CsPbI2Br钙钛矿器件的光伏性能

       该研究由国家自然科学基金项目 (51872126、22075103、51672111、51802120)，广东省自然科学基金杰出青年项目(2019B151502030)，广州市科技计划项目(202002030159)，中央高校基础研究经费(21621112)，珠江“青年拔尖人才”项目(2017GC010424)，广东省海外创新团队项目(2016ZT06D081)共同资助。

（1）Chromium-Based Metal–Organic Framework as A-Site Cation in CsPbI2Br Perovskite Solar Cells. Adv. Funct. Mater. 2021, 2106233.

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202106233