川大趙德威組AM：NLA策略實(shí)現(xiàn)高氧穩(wěn)定性的準(zhǔn)二維RP錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池

主要內(nèi)容：

基于錫（Sn）的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）極易受到氧氣侵蝕，這對(duì)其穩(wěn)定性構(gòu)成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。然而，目前關(guān)于其氧化機(jī)制的理解仍不深入，實(shí)現(xiàn)氧穩(wěn)定型錫基PSCs的基礎(chǔ)策略也相對(duì)匱乏。在此背景下，四川大學(xué)趙德威教授和任勝?gòu)?qiáng)教授帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)，經(jīng)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(gòu)筑成核層，以此制備出具有高度氧穩(wěn)定性的準(zhǔn)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(gè)關(guān)鍵步驟：首先清洗已制備好的鈣鈦礦薄膜，去除表面雜質(zhì)和不穩(wěn)定成分；隨后對(duì)基底上的殘留物進(jìn)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(wěn)定的基底，為后續(xù)鈣鈦礦薄膜的沉積提供有利條件。

研究團(tuán)隊(duì)通過一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一策略的有效性。他們發(fā)現(xiàn)，含有錫基鈣鈦礦成分的成核層能夠顯著調(diào)控隨后沉積的鈣鈦礦薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。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(jī)的狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾虚gn值為主的窄相分布、晶體取向垂直的理想狀態(tài)。這種轉(zhuǎn)變不僅提高了薄膜的結(jié)晶質(zhì)量，還有助于提升其光電性能。

此外，成核層還對(duì)鈣鈦礦薄膜的形貌產(chǎn)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(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)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(fù)合幾率，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。

由此得到的NLA鈣鈦礦薄膜展現(xiàn)出了**的性能。它不僅具有更高效的載流子傳輸能力，還表現(xiàn)出更低的激子結(jié)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(kuò)散速率顯著降低，這為其在氧氣環(huán)境下的長(zhǎng)期穩(wěn)定性提供了有力保障。

*終，研究團(tuán)隊(duì)成功制備出了一種準(zhǔn)二維RP型錫基PSC，其效率高達(dá)11.18%，在已報(bào)道的同類器件中名列前茅。尤為值得一提的是，在未經(jīng)封裝的條件下，該器件在歷經(jīng)2700小時(shí)的氧氣老化測(cè)試后，仍能保持其初始效率的95%。這一成就不僅創(chuàng)造了錫基PSCs在氧氣穩(wěn)定性方面的新紀(jì)錄，也充分證明了NLA策略的有效性和實(shí)用性。

這項(xiàng)工作不僅加深了我們對(duì)準(zhǔn)二維RP型錫基鈣鈦礦材料固有氧穩(wěn)定性的理解，更為制備高效且氧穩(wěn)定的準(zhǔn)二維錫基PSCs提供了一種通用且簡(jiǎn)便的方法。四川大學(xué)趙德威教授和任勝?gòu)?qiáng)教授團(tuán)隊(duì)的這一研究成果，無疑為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的發(fā)展注入了新的活力。

文獻(xiàn)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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