新发现：通过硫氰酸盐替代可实现钙钛矿的稳定性

东京工业大学的研究人员在一项新研究中证明，通过向其结构中引入硫氰根离子（SCN^–），可以室温下稳定α-FAPbI₃的状态，而这是一种具有立方钙钛矿结构的有前景的太阳能电池材料。他们的发现为通过晶界和伪卤化物工程稳定α相提供了新的见解。

这项研究成果发表在《美国化学学会杂志》上。

如果能高效利用，我们每天从太阳中接收到的光线可以帮助我们应对当前的全球能源危机以及对气候变化的关切。具有良好光物理性质（即吸光能力）的材料被用于设计太阳能电池，将阳光转化为电能。

我们每天从太阳接收到的光，如果有效利用，可以帮助我们解决目前的全球能源危机，以及我们对气候变化的关注。具有良好光物理特性(即吸光能力)的材料被用于设计太阳能电池，将太阳光转化为电能。

在这方面最近取得了进展的一种材料是α-甲酰胺铅碘化物或α-FAPbI₃（其中FA+ = CH(NH₂)²⁺），它是一种具有立方钙钛矿结构的结晶固体。

由α-FAPbI₃制成的太阳能电池展示了卓越的25.8%转换效率和1.48 eV的能隙，这些规格在实际应用中非常理想。不幸的是，α-FAPbI_3在室温下是亚稳态的，在受到水或光的触发时会发生相变为δ-FAPbI₃。δ-FAPbI₃的能隙远大于太阳能电池应用的理想值，使得保持α相对于实际应用至关重要。

为了解决这个问题，东京工业大学（东京工大）的山本教授领导的研究团队最近提出了一种稳定α-FAPbI₃的新策略。该团队关注通过引入伪卤离子硫氰根离子（SCN^–）来稳定α-FAPbI₃的机制。

山本博士解释说：“先前的研究已经表明，将FAPbI₃的表面阴离子从碘化物（I^–）部分替换为硫氰根离子（SCN^–）可以稳定α相。然而，SCN^–离子如何在钙钛矿晶格中整合并增加界面稳定性仍不清楚。”

团队首次制备了硫氰酸盐稳定的伪立方钙钛矿的单晶和粉末样品。结构分析表明，它具有具有有序柱状缺陷的立方钙钛矿的√5倍超结构，构成α'相。新材料在室温下在干燥大气中具有热力学稳定性，并展示了1.91 eV的能带隙。

该团队发现，在含有δ相的样品中存在α'相，可以促进δ到α相的相变，将转变温度降低了100 K以上。他们指出，α'相中的缺陷有序模式可以在双晶界面形成巧合点阵，通过降低成核能量或通过外延热力学稳定来稳定α相。

研究人员获得的这些见解可以促进对卤化物钙钛矿的空位有序排列和缺陷容忍性对稳定性的进一步研究。“这项工作表明，通过伪卤离子和晶界工程可以稳定α-FAPbI₃，这对于试图开发具有理想能隙和优异转换效率的新的热力学稳定太阳能电池材料的科学家可能是有益的，”山本博士总结道。

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