DFT计算全场6折！华算科技新年献礼，催化/电池/半导体领域全覆盖，限时开抢！
利用甲脒（FA+）或铯（Cs+）阳离子代替挥发性甲基铵（MA+）可以提高混合铅锡钙钛矿组合物的热弹性。然而，在反溶剂（AS）辅助结晶过程中，低溶解度的Cs基钙钛矿倾向于优先结晶成致密的富Cs表层，阻碍了AS对内部溶剂的提取。基于此，南京大学谭海仁教授和林仁兴教授（共同通讯欧洲）等人报道了一种多功能Lewis碱调节剂，以保持持续的溶剂萃取通道（SSC）在整个AS过程中打开，从而使不含MA的混合Pb-Sn钙钛矿深度均质化。
此策略在AS辅助结晶过程中实现了钙钛矿沉淀与高效溶剂萃取之间的微妙平衡，从而制备出高质量的FACs基Pb-Sn钙钛矿薄膜。不含MA的混合Pb-Sn钙钛矿太阳能电池的最佳器件获得了22.7%的最高功率转换效率（PCE）。作者进一步制备了PCE为29.2%（认证PCE为29.2%）的全钙钛矿叠层太阳能电池，这是不含MA的全钙钛矿串联太阳能电池的最高认证PCE。采用铟锌氧化物（IZO）电极的FACs基混合Pb-Sn钙钛矿太阳能电池在85 °C下热老化800 h后，仍保持初始PCE的80% 以上，展示了不含MA的Pb-Sn钙钛矿器件的先进热稳定性。因此，这种方法在不含MA的Pb-Sn钙钛矿太阳能电池中实现了功率转换效率和热稳定性的结合。
谭海仁，南京大学现代工程与应用科学学院教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者。入选中组部“海外高层次人才引进计划”，国家重点研发计划课题负责人。2008、2011和2015年先后从中南大学、中科院半导体研究所、荷兰代尔夫特理工大学获得本科、硕士和博士学位；2015-2018年加拿大多伦多大学博士后，2018年入职南京大学。长期从事新型光伏材料与器件的研究工作，包括钙钛矿太阳能电池、硅基太阳能电池及新型高效低成本叠层太阳能电池，全钙钛矿叠层电池的世界纪录效率9次被业界权威的“Solar cell efficiency tables”收录。积极践行科研成果转化和技术产业化，创建钙钛矿电池产业化公司“仁烁光能（苏州）有限公司”，建立全球首条大面积全钙钛矿叠层电池研发线并投产150 MW钙钛矿光伏量产线，推进新型钙钛矿光伏技术的产业化进程。
在本文中，作者采用一步反溶剂法制备了不含MA的FA0.85Cs0.15Pb0.5Sn0.5I3混合钙钛矿薄膜。在反溶剂辅助结晶过程中，钙钛矿/反溶剂溶液接触界面优先形成致密薄膜，抑制了反溶剂对内部溶剂的有效萃取。作者研究了三种具有不同羧基数量的代表性分子——盐酸甘氨酸（Gly，一个-COOH）、谷氨酸（Glu，两个-COOH）和柠檬酸钠（Sc，三个-COOH）。未覆盖表面区域的比例随着添加剂中羧基数量的增加而增加，从对照组的1.78%分别增加到Gly的5.17%、Glu的7.11%和Sc的15.72%。前驱体溶液在基底上的接触角随着-COOH基团数量的增加而逐渐增大。
图1. SSC调控结晶过程的机制
横截面扫描电子显微镜图像和相应的埋藏界面扫描电子显微镜图像揭示了对照薄膜中钙钛矿/基底界面存在显著的界面空隙，表明SSC策略优化了结晶动力学。飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）深度剖析揭示了对照薄膜中Cs存在明显的垂直成分梯度，由于富Cs相优先在表面结晶所致。通过调节结晶动力学，SSC阻止了富Cs相的过早聚集，使得Cs在整个薄膜中的掺入更加均匀。SSC薄膜的载流子寿命明显长于对照薄膜，表明非辐射复合得到抑制，载流子捕获损失也减少。在与1倍太阳光照下的短路电流密度（JSC）相当的电流密度下，对照组和SSC器件的电致发光量子产率（ELQY）分别为0.12%和1.04%。
图2.经SSC处理的混合Pb-Sn钙钛矿薄膜表征
作者制备了FACs基不含和含SSC处理的混合Pb-Sn PSCs，采用了ITO/PEDOT: PSS/钙钛矿/C60/ALD-SnO2/Cu的器件结构。这些SSC器件（孔径面积为0.049 cm2）实现了22.7%的最佳PCE（稳定22.5%），开路电压（VOC）为0.871 V，短路电流密度（JSC）为31.8 mA cm-2，填充因子（FF）为81.9%。作者使用优化后的窄带隙（NBG）钙钛矿材料制造了单片全钙钛矿串联太阳能电池，面积为0.049 cm2。最佳串联太阳能电池的PCE为29.2%（稳定28.8%），VOC为2.171 V，JSC为16.1 mA cm-2，FF为83.72%。
串联太阳能电池PCE值的直方图显示分布较窄，平均PCE为28.37±0.39%。从EQE光谱计算得出，前、后子电池的综合JSC值分别为16.1和16.1 mA cm-2。此外，最佳的串联太阳能电池送在反向扫描（正向扫描）时获得29.2%的认证PCE，实现28.8%的认证稳定PCE，代表了不含MA的全钙钛矿串联太阳能电池中最高的认证PCE。
图3.钙钛矿太阳能电池的PV伏性能
作者对未封装的混合Pb-Sn PSCs老化测试，将其放在85 °C的热板上，在充满N2的手套箱（H2O<0.01 ppm；O2<0.01 ppm）中保存。与控制器件相比，未封装的SSC器件表现出更好的热稳定性。FAMA器件立即表现出更快的降解，强调了FAMA吸收剂在热应力下的较差热稳定性。尽管没有HTL的器件表现出增强的热稳定性，但其PCE却明显低于使用PEDOT: PSS制造的器件，表明未来迫切需要开发能平衡效率和稳定性的替代HTL材料。热老化测试表明，在85 °C条件下，仅使用Cu电极的器件在180 h内其PCE仅恢复到初始值的60.6%，而使用IZO/Au电极的器件在800 h后仍保持在初始PCE的80%以上，表明不含金属卤化物（MA）的Pb-Sn钙钛矿器件具有最先进的热稳定性。
图4.无MA的Pb-Sn合金PSC的热稳定性
Homogeneous crystallization via sustained solvent-extraction channels for methylammonium-free all-perovskite tandem solar cells. Nat. Commun., 2025, https://doi.org/10.1038/s41467-025-68213-2.
