上海科技大学物质科学与技术学院系统材料学宁志军

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宁志军：梯度结构提升锡钙钛矿太阳能电池效率至9.4%

研究亮点：

1. 制备出二维-准二维-三维（2D-quasi-2D-3D）梯度结构钙钛矿。

2. 可移除的假卤素添加剂作为调节剂实现锡钙钛矿结构的调控。

3. 梯度结构能增强锡钙钛矿的抗氧化性和提高载流子迁移率。

4. 梯度结构锡钙钛矿太阳能电池实现9.41%的光电转化效率。

卤素钙钛矿太阳能电池是目前最具前景的新型太阳能电池之一，最近实现了超过多晶硅电池的23.3%的认证效率，引起了学术界和产业界的广泛关注。目前卤素钙钛矿太阳能电池常用的是铅钙钛矿材料，而重金属铅的毒性问题为其大规模应用带领了一定的不确定性，因此非铅体系钙钛矿的开发也一直是卤素钙钛矿材料的研究重点之一。

在众多非铅替代元素中，同族的具有相似壳层电子结构的锡是一种理想的替代物。锡钙钛矿具有和铅钙钛矿类似的能带结构，其带隙约为1.3 eV, 比铅钙钛矿更接近太阳能电池材料的理想带隙；理论计算表明锡钙钛矿的载流子有效质量更小，载流子迁移率更高，因此锡钙钛矿太阳能电池具有更高的理论光电转化效率。

但是锡钙钛矿稳定性较差，二价锡离子极易氧化成四价锡离子，造成结构的畸变和缺陷的产生，极大限制了锡钙钛矿电池效率的提高。如何提高材料的稳定性是目前锡钙钛矿太阳能电池开发面临的重要挑战。

有鉴于此，上海科技大学宁志军教授课题组利用假卤素调控剂NH4SCN调控锡钙钛矿结晶生长，成功制备了二维-准二维-三维（2D-Quasi 2D-3D）梯度结构的钙钛矿薄膜。

总之，此梯度结构能有效降低锡钙钛矿薄膜的氧化和缺陷浓度，提高太阳能电池性能。该研究为低维梯度钙钛矿薄膜结构的调控提供了一种新的思路，对钙钛矿太阳能电池无铅化的进一步发展具有重要意义。

参考文献：

Wang F, Jiang X, Ning Z, et al. 2D-Quasi-2D-3D Hierarchy Structure for Tin Perovskite Solar Cells with Enhanced Efficiency and Stability[J]. Joule, 2018.

DOI: 10.1016/j.joule.2018.09.012

https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.09.012