近日，我校物理學(xué)院楊楓博士與河南大學(xué)李萌教授合作，依托河南省光伏材料重點實驗室平臺，在錫鹵化物鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以“High-Stable Lead-free Solar Cells Achieved by Surface Reconstruction of Quasi-2D Tin-based Perovskites”為題，以Research Article形式在國際材料頂級期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上發(fā)表。

鹵化錫基鈣鈦礦成為鉛基鈣鈦礦最具潛力的替代品之一。然而，由于Sn(II)陽離子的5s電子更具活性，使Sn(II)陽離子更容易被氧化。在錫基鈣鈦礦薄膜的制備過程中，B位的Sn(II)陽離子容易失去其5s電子，暴露于任何氧化源，如氧、水分子或具有氧化特性的溶劑，都易被氧化成Sn(IV)；另一方面，由于鈣鈦礦的費米能級明顯低于電子接觸的費米能級，這種不受控制的氧化還原反應(yīng)尤其容易出現(xiàn)在鈣鈦礦膜的上表面。因此，錫基鈣鈦礦環(huán)境穩(wěn)定性較差，對氧、濕度和溫度特別敏感，已經(jīng)成為錫基太陽能電池應(yīng)用的重大挑戰(zhàn)。

圖. 經(jīng)PhDMADBr處理前后鈣鈦礦薄膜表層與水分子作用的動力學(xué)演化過程及其物性改良效果

針對上述問題，河南師范大學(xué)楊楓博士與河南大學(xué)李萌教授、德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心李桂香博士、上海同步輻射光源蘇圳煌博士等團(tuán)隊合作，引入一種新的多功能分子，1,4-苯基二甲基二溴銨二胺(phDMADBr)，在錫基鈣鈦礦膜表面形成單分子保護(hù)層。phDMADBr與鈣鈦礦表面的強(qiáng)相互作用改善了電子轉(zhuǎn)移，鈍化了不配位的Sn(II)，并增強(qiáng)了對水和氧的抗性。原位GIWAXS分析證實了準(zhǔn)二維相的熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，從而提升鈣鈦礦的整體穩(wěn)定性，在10% RH濕度N2環(huán)境下保持90%以上原始效率達(dá)200小時以上。本實驗提出了一種鈣鈦礦表面重構(gòu)的新方法，以提高錫基鈣鈦礦器件的工作穩(wěn)定性，為推進(jìn)無鉛光電應(yīng)用提供了一種策略。

本文章以河南師范大學(xué)為第一單位，楊楓博士為第一作者，河南大學(xué)李萌教授，上海同步輻射光源蘇圳煌博士和德國亥姆赫茲實驗室李桂香博士為通訊作者。本工作得到了在中國博士后科學(xué)基金會、歐洲研究理事會和河南師范大學(xué)的大力支持。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308655?af=R

DOI：10.1002/adma.202308655

（物理學(xué)院 楊楓 于坤）