近年来，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已突破27.0%，兼具制备工艺简单、制造成本低廉等优势，在光伏领域展现出巨大的商业化潜力。其中，甲脒碘基钙钛矿是目前钙钛矿太阳能电池中效率最高的吸光材料，但其在实际运行条件下的本征不稳定性，无法仅通过封装等外部手段解决，成为制约其产业化应用的关键问题，也是该领域的研究重点与难点。

近日，大连理工大学精细化工全国重点实验室于泽教授提出以1,4-二噻烷（DT）作为碘捕获剂的分子“锁碘”（molecular iodine locking, MIL）新策略。该策略揭示了新的碘循环机制，包含碘分子捕获、碘离子再生、碘空位填充和黑相复原；实现了甲脒铅碘钙钛矿（FAPbI₃）在室温下的动态自修复，大幅提升了钙钛矿太阳能电池的运行稳定性，为提高甲脒碘基钙钛矿光电器件稳定性提供了新路径。

图1 分子“锁碘”自修复机制阐释

静电势图显示DT的S原子呈δ⁻、I₂的I原子末端呈δ⁺，形成稳定的S-I卤键；晶体结构显示DT与I₂形成共晶结构，其中S-I键长缩短至2.788 Å（是S和I范德华半径的74%），I-I键长被拉长至2.812 Å，远长于纯固态I₂的2.715 Å，为I-I键解离奠定结构基础。拉曼光谱中I₂-DT固体在110 cm⁻¹和165 cm⁻¹出现强峰，分别对应I₃⁻和I₅⁻离子；紫外-可见吸收光谱中，随DT浓度增加，292 nm处I₃⁻吸收峰逐渐增强，证明DT可促进I-I键解离生成I⁻离子。在一个太阳光照和碘蒸气的恶劣环境下，无DT修饰的FAPbI₃薄膜5分钟内即出现明显δ-FAPbI₃特征峰（11.7°），30分钟后α-FAPbI₃的（100）和（200）晶面峰几乎消失，而DT修饰的FAPbI₃薄膜δ相峰强度被显著抑制，证明DT可有效抵御碘蒸气对α-FAPbI₃的破坏。直接制备的纯黄相δ-FAPbI₃薄膜（含体相和表面DT），在室温、碘蒸气环境下暴露约2分钟，即可实现δ相到α相的转变，而无DT修饰的δ-FAPbI₃薄膜在相同条件下无法发生相转变，证明DT的存在是实现室温δ-FAPbI₃相转变的关键因素。

图2 DT与碘分子相互作用

密度泛函理论（DFT）计算显示，DT修饰后的钙钛矿薄膜每个I₂分子的吸附能降低0.27 eV，表明DT可显著增强钙钛矿表面对I₂的吸附能力。同时，整个I₂解离过程的能量消耗从0.75 eV降至0.28 eV，大幅降低了碘离子再生的能量势垒。

基于DT修饰的FAPbI₃钙钛矿太阳能电池，光电转换效率提升至25.7%。器件在连续光照（ISOS-L-1I）、明暗循环（ISOS-LC-1I）和湿热老化（ISOS-D-3）条件下，钙钛矿太阳能电池在1000 h后仍能保持95%以上的初始效率。

上述研究成果以“Self-Healing Beyond Molecular Iodine Locking in Formamidinium Lead Triiodide Perovskites”为题发表在ACS Energy Letters上（https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6c00150）。文章的第一作者为大连理工大学博士研究生赵亮宇、已毕业硕士研究生迟翼和埃因霍温理工大学博士研究生吴子衿。论文通讯作者为大连理工大学于泽教授、埃因霍温理工大学陶书霞教授和韩国蔚山科学技术院Sang Il Seok教授。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及教育部前沿科学中心的资金支持。