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化學(xué)所宋延林組small：革新突破！原位陽離子交換法賦能高效CsSnI?鈣鈦礦太陽能電池制備

發(fā)表時間：2025-06-04 14:03

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主要內(nèi)容

在無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的研究領(lǐng)域中，CsSnI?材料憑借其**的光電性能和熱穩(wěn)定性，已成為科研人員關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，CsSnI?薄膜在制備過程中面臨的快速結(jié)晶特性以及Sn(II)相關(guān)的高缺陷密度問題，一直是制約其性能提升的關(guān)鍵瓶頸。針對這一挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院化學(xué)研究所宋延林教授、蔣克健教授與天津大學(xué)周雪琴教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)，提出了一種創(chuàng)新的原位陽離子交換策略。

該團(tuán)隊(duì)以碘化亞錫（SnI?）、甲酸銫（CsFa）和碘化二甲胺（DMAI）為前驅(qū)體，通過**控制反應(yīng)條件，成功實(shí)現(xiàn)了CsSnI?鈣鈦礦薄膜的高效制備。在薄膜生長過程中，首先觀察到一維（1D）結(jié)構(gòu)的DMASnI?中間相形成，隨后在熱退火處理下，該中間相逐步轉(zhuǎn)化為三維（3D）結(jié)構(gòu)的致密CsSnI?薄膜，同時二甲胺和甲酸等副產(chǎn)物被有效去除。

所制備的CsSnI?薄膜展現(xiàn)出均勻的覆蓋度、優(yōu)異的結(jié)晶質(zhì)量以及極低的缺陷密度，為鈣鈦礦太陽能電池的高效性能提供了有力保障。基于該薄膜的PSC器件，以CsSnI?為光吸收層，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)12.62%的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE），相較于使用傳統(tǒng)SnI?和CsI前驅(qū)體制備的對照器件（6.82% PCE），性能提升顯著。

此外，該P(yáng)SC器件在氮?dú)猓∟?）和空氣環(huán)境中均表現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。在氮?dú)猸h(huán)境下，經(jīng)過30天的連續(xù)穩(wěn)定性測試，器件仍能保持初始光電轉(zhuǎn)換效率的85%以上，充分證明了原位陽離子交換策略在提升器件穩(wěn)定性方面的有效性。

綜上所述，本研究提出的原位陽離子交換策略為制備高質(zhì)量CsSnI?鈣鈦礦薄膜提供了一種新方法，有望推動錫基鹵化物鈣鈦礦太陽能電池在光電器件領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。未來，研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)致力于優(yōu)化制備工藝和材料體系，以期實(shí)現(xiàn)更高性能、更穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池。