近日，湖北大学新能源与电气工程学院李金华、王贤保教授团队在《Nature Communications》发表题为《Moisture-responsive crystallization strategy for efficient CsPbI3 solar cells fabricated under high-humidity conditions》的研究成果。湖北大学为第一完成单位，2022级硕士研究生戴维德仁为论文第一作者，湖北大学李金华教授、武汉大学台启东教授、中国科学院半导体研究所游经碧教授为共同通讯作者。
图1 论文首页
全无机CsPbI3钙钛矿因其优异的热稳定性与光电性能，被视为高稳定光伏器件的重要候选材料。然而，Cs+离子半径较小导致晶格畸变显著，在湿度作用下易由光活性的γ相转变为非活性的δ相。为抑制该相变，现有高效率器件多依赖惰性气氛或低湿环境（RH<40%）制备，严重制约规模化应用。
针对这一问题，本研究引入丙基三乙氧基硅烷（PTES）作为多功能添加剂，构建湿度响应型原位交联网络。在高湿空气中，PTES可水解生成Si–OH中间体，一方面与DMAPbI3中间相中的DMA+发生优先吸附作用，加速DMA⁺脱附并促进Cs+嵌入[PbI6]4−骨架，显著优化Cs+/DMA+离子交换动力学；另一方面，通过形成Si–O–Si与Si–O–Pb交联结构，对晶格进行原位加固，降低碘空位密度并抑制水分进一步侵入，实现“利用湿度而非对抗湿度”的结晶调控机制。
图2湿度响应的结晶动力学调控机理示意图
在器件性能方面，在55%相对湿度空气条件下制备的CsPbI3太阳能电池实现21.00%的光电转换效率，填充因子高达86.1%，创下该体系报道中的最高FF纪录。在更低湿度（25% RH）条件下效率提升至21.85%；旋涂于氮气环境、退火于空气中的器件最高效率达22.60%，经认证效率为22.02%。同时，PTES处理器件在连续光照800小时后仍保持90%以上初始效率，在50%湿度空气中未封装器件亦表现出显著优于对照组的运行稳定性。
图3PTES处理后电池器件的光伏性能
该工作从结晶动力学本质出发，揭示了硅氧烷化学在调控CsPbI3相转化路径中的关键作用，突破了全无机钙钛矿对严格环境控制的依赖，为高湿空气条件下可规模化制备高性能无机钙钛矿太阳能电池提供了新思路。
李金华教授研究领域包括钙钛矿太阳能电池、柔性电子器件和场效应管传感器（光、生物、化学传感）及传感芯片等。在Nature communication、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、ACSNano等SCI收录的杂志发表论文180余篇，总引用11000余次，h因子60。申请并获得授权专利30余项。获得湖北省自然科学二等奖2项，主持国家自然科学基金3项，主持湖北省杰出青年基金、湖北省重点研发计划及湖北省区域联合基金重点项目等项目多项，连续入选斯坦福全球前2%顶尖科学家榜单。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-69687-4
（审稿：廖良才）
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