重大孙宽团队Small：天然分子调控钙钛矿晶体取向

在过去的十年里，有机-无机卤化铅钙钛矿太阳能电池（PSCs）得到了广泛的关注，其功率转换效率（PCE）已从3.8%迅速提高到26.2%。钙钛矿晶体的取向显著影响PCE和稳定性。现有研究报告发现（100）和（111）晶面表现出相似的光电性质。然而，（111）晶面在具有较好光电性质的同时具有更好的湿度稳定性。因此，为了提高器件稳定性，增加钙钛矿中（111）晶面的比例是一种有效方法。在n-i-p PSCs中，SnO₂是最常用的电子传输层（ETL）。已经提出了许多基于改性SnO₂的策略来提高PSCs的性能。然而，通过修饰SnO₂ETL来操纵钙钛矿的晶体取向仍然具有挑战性。

钙钛矿晶体中的不同晶面表现出不同的原子排列，影响其电子、物理和化学性质。SnO₂作为电子传输层对钙钛矿薄膜在取向调控方面缺乏相关研究。本研究表明，茶皂素（TS）是一种天然化合物，可作为SnO₂改性剂，促进钙钛矿晶体在（111）面上的择优生长。该方法通过氢键和路易斯配位促进了钙钛矿优先的晶体取向还能钝化钙钛矿晶体缺陷。同时，TS与SnO₂相互螯合有利于制备出更光滑的SnO₂薄膜，并改善其电学性质，从而促进了载流子提取并减少了SnO₂的氧空位缺陷。TS改性的钙钛矿太阳能电池实现了24.2%的冠军效率，这得益于开路电压和填充因子的显著提升。未封装条件下，基于改性SnO₂的PSCs具有更优异的稳定性。

该研究通过SEM得到优化后的SnO₂薄膜形貌和TS参与前后钙钛矿的形貌，并通过XRD得到（111）晶面的择优生长。

该文通过XPS，FTIR和DFT计算得到了TS与SnO₂和钙钛矿间的氢键和路易斯配位作用，发现了TS对SnO₂电学物理性质的优化并对钙钛矿缺陷的钝化作用。除此之外，发现（111）晶面择优生长的原因是TS与（111）晶面间更大的相互作用能。

最后通过对PSCs的相关性能的表征，证明了TS掺杂SnO₂增强了载流子的提取，钝化了钙钛矿晶体缺陷，提升了PSCs的稳定性。

本研究得到了国家重点研发计划（2022YFB3803300）、国家自然科学基金（62074022和12004057）、中国博士后科学基金（2021M693719）、重庆市自然科学基金项目（CSTB2022NSCQ-MSX1183）、重庆市英才计划（CQYC2021059206）、重庆杰出青年基金（cstc021jcyj-jqX0033）、重庆博士后科学基金会（cstc2022jcyj-bshX0203）的资助。

孙宽，工学博士，博士生导师。重庆大学能源与动力工程学院副院长，低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室副主任，国家级青年科技人才，重庆市研究生导师团队（重庆市教委）负责人。长期从事可再生能源高效利用原理及技术的研究，具有多年的材料设计和器件构筑经验。在Nature Communications、Science Advances、Joule、Advanced Materials等期刊上累计发表SCI论文150余篇，被引用15000余次（Google Scholar数据），H因子61，入选科睿唯安全球高被引科学家、斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家、Research.com发布的材料科学顶级科学家、"全球学者库"发布的全球顶尖前10万科学家等榜单。在国际知名出版社CRC Press、Wiley-Scrivener和Wiley VCH出版的学术专著中撰写4个章节。申请中、美、澳专利50余项，已授权20余项。获重庆产学研科技成果创新奖一等奖（排名第1），重庆市自然科学奖二等奖2项（排名第1和第2）。Mail: kuan.sun@cqu.edu.cn

郭冰，理学博士，重庆大学能源与动力工程学院弘深青年教师，重庆市博新计划获得者。2020年获得苏州大学高分子化学与物理专业博士学位，导师为李永舫院士。德国卡尔斯鲁厄理工学院联合培养博士生，导师为Prof. Alexander Colsmann。近年来，主要研究方向是新型光电材料与器件，利用导电高分子材料的固有优势，在宽带隙聚合物给体材料设计合成、单层和叠层有机太阳能电池构筑、钙钛矿太阳能电池界面调控等方面开展研究工作。在Advanced Materials, ACS Energy Letters, Nano Energy等期刊上累计发表SCI论文近40篇，其中ESI高被引论文5篇，被引用2400余次，H因子23。Mail: bing.guo@cqu.edu.cn