甲脒铅碘（FAPbI₃）钙钛矿因其合适的带隙以及优异的化学和热稳定性，成为高效钙钛矿太阳能电池（PSCs）中最具前景的吸收材料之一。然而，光活性α相只能在150℃以上通过FA⁺的重新取向来实现熵稳定，而无机[PbI₆]⁴⁻八面体框架的无序化和膨胀导致的有害熵增加，也引入了热力学上不利的贡献。这些共同作用使得立方α相的吉布斯自由能升高，从而处于亚稳态。这种热力学不稳定性促使它自发越过相变能垒（Eb），向非对称的六方非光活性δ相转变。抑制这种相变对于实现长的器件运行寿命至关重要。
5 月 14 日，国际顶级期刊《科学》（Science）在线发表了我校武汉光电国家研究中心陈炜教授、刘宗豪研究员团队的研究论文 “An entropy-regulating molecular lock stabilizes formamidinium lead halide perovskite”。该团队使用一种分子添加剂通过增加FA⁺阳离子旋转熵并抑制[PbI₆]⁴⁻八面体的无序化，稳定了甲脒铅碘（FAPbI₃）的光活性相。研究表明，1-吡啶-3-基甲基-哌嗪盐酸盐在FAPbI₃薄膜表面的双位点柔性锚定作用，可抑制高温高湿条件下非活性黄色相的形成。采用铋电极的太阳能电池在85℃下经过1011小时后，其功率转换效率（26.8%）仍保持93.0%。该工作从热力学角度出发，为纯相FAPbI3的相稳定性调控提供了新思路。
图1. FAPbI3中α相向δ相转变的理论计算
图2. 熵驱动的八面体晶格稳定机制
图3. 钙钛矿薄膜质量提升分析
分析测试中心的多台套先进设备及实验技术人员为本研究提供了有力支撑，包括紫外光电子能谱仪（UPS）、稳态瞬态模块化荧光光谱仪（FP-2）、扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪（XRD）、激光共焦拉曼光谱仪（Raman）等机组，为样品的结构观察、成分分析等研究环节提供了关键实验数据与高效测试支持。本文作者在致谢中特别对分析测试中心在表征工作方面给予的支持表达了感谢。
未来，分析测试中心将持续优化科研支撑体系，继续加大对师生科研工作的服务力度，为学校重大成果产出提供更坚实的技术保障，助力学校科技创新事业持续突破。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aEb9953
