川大趙德威組AM：NLA策略實現高氧穩定性的準二維RP錫基鈣鈦礦太陽能電池

主要內容：

基于錫（Sn）的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）極易受到氧氣侵蝕，這對其穩定性構成了嚴重挑戰。然而，目前關于其氧化機制的理解仍不深入，實現氧穩定型錫基PSCs的基礎策略也相對匱乏。在此背景下，四川大學趙德威教授和任勝強教授帶領其團隊，經過深入研究，提出了一種新穎的成核層輔助（NLA）策略。

該策略的核心在于，在空穴傳輸層與鈣鈦礦層的界面處構筑成核層，以此制備出具有高度氧穩定性的準二維（quasi-2D）Ruddlesden-Popper（RP）型錫基PSCs。具體而言，成核層的形成過程包括兩個關鍵步驟：首先清洗已制備好的鈣鈦礦薄膜，去除表面雜質和不穩定成分；隨后對基底上的殘留物進行退火處理，這一步驟不僅有助于去除殘留溶劑，還能促使殘留物在基底上重新排列，形成新的、更為穩定的基底，為后續鈣鈦礦薄膜的沉積提供有利條件。

研究團隊通過一系列實驗驗證了這一策略的有效性。他們發現，含有錫基鈣鈦礦成分的成核層能夠顯著調控隨后沉積的鈣鈦礦薄膜的微觀結構。具體來說，它使薄膜從原本以小n值為主的寬相分布、晶體取向隨機的狀態，轉變為以中間n值為主的窄相分布、晶體取向垂直的理想狀態。這種轉變不僅提高了薄膜的結晶質量，還有助于提升其光電性能。

此外，成核層還對鈣鈦礦薄膜的形貌產生了積極影響。它使得薄膜表面更加平整，晶粒之間緊密相鄰，形成了高度有序的片狀結構。這種結構有效減少了晶界和針孔的存在，從而降低了載流子在傳輸過程中的復合幾率，提高了電池的光電轉換效率。

由此得到的NLA鈣鈦礦薄膜展現出了**的性能。它不僅具有更高效的載流子傳輸能力，還表現出更低的激子結合能和減弱的電子-聲子耦合。更為重要的是，在氧氣暴露下，該薄膜的氧氣擴散速率顯著降低，這為其在氧氣環境下的長期穩定性提供了有力保障。

*終，研究團隊成功制備出了一種準二維RP型錫基PSC，其效率高達11.18%，在已報道的同類器件中名列前茅。尤為值得一提的是，在未經封裝的條件下，該器件在歷經2700小時的氧氣老化測試后，仍能保持其初始效率的95%。這一成就不僅創造了錫基PSCs在氧氣穩定性方面的新紀錄，也充分證明了NLA策略的有效性和實用性。

這項工作不僅加深了我們對準二維RP型錫基鈣鈦礦材料固有氧穩定性的理解，更為制備高效且氧穩定的準二維錫基PSCs提供了一種通用且簡便的方法。四川大學趙德威教授和任勝強教授團隊的這一研究成果，無疑為鈣鈦礦太陽能電池領域的發展注入了新的活力。

文獻信息：

Nucleation-Layer Assisted Quasi-2D Ruddlesden-Popper Tin Perovskite Solar Cells With High Oxygen Stability

Zhihao Zhang, Jialun Jin, Zicheng Li, Yuanfang Huang, Yiting Jiang, Minghui Li, Can Wang, Yi Luo, Zhiyu Gao, Yuliang Xu, Xiaoxue Wang, Junyu Qu, Wenbo Jiao, Wenqing Liang, Jingwei Zhu, Hao Zhang, Zhenhuang Su, Xingyu Gao, Hao Huang, Chuanxiao Xiao, Shengqiang Ren, Cong Chen, Peng Gao, Dewei Zhao

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501156

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