NLA策略实现高氧稳定性的准二维RP锡基钙钛矿太阳能电池

主要内容：

基于锡（Sn）的钙钛矿太阳能电池（PSCs）极易受到氧气侵蚀，这对其稳定性构成了严重挑战。然而，目前关于其氧化机制的理解仍不深入，实现氧稳定型锡基PSCs的基础策略也相对匮乏。在此背景下，四川大学赵德威教授和任胜强教授带领其团队，经过深入研究，提出了一种新颖的成核层辅助（NLA）策略。

该策略的核心在于，在空穴传输层与钙钛矿层的界面处构筑成核层，以此制备出具有高度氧稳定性的准二维（quasi-2D）Ruddlesden-Popper（RP）型锡基PSCs。具体而言，成核层的形成过程包括两个关键步骤：首先清洗已制备好的钙钛矿薄膜，去除表面杂质和不稳定成分；随后对基底上的残留物进行退火处理，这一步骤不仅有助于去除残留溶剂，还能促使残留物在基底上重新排列，形成新的、更为稳定的基底，为后续钙钛矿薄膜的沉积提供有利条件。

研究团队通过一系列实验验证了这一策略的有效性。他们发现，含有锡基钙钛矿成分的成核层能够显著调控随后沉积的钙钛矿薄膜的微观结构。具体来说，它使薄膜从原本以小n值为主的宽相分布、晶体取向随机的状态，转变为以中间n值为主的窄相分布、晶体取向垂直的理想状态。这种转变不仅提高了薄膜的结晶质量，还有助于提升其光电性能。

此外，成核层还对钙钛矿薄膜的形貌产生了积极影响。它使得薄膜表面更加平整，晶粒之间紧密相邻，形成了高度有序的片状结构。这种结构有效减少了晶界和针孔的存在，从而降低了载流子在传输过程中的复合几率，提高了电池的光电转换效率。

由此得到的NLA钙钛矿薄膜展现出了卓越的性能。它不仅具有更高效的载流子传输能力，还表现出更低的激子结合能和减弱的电子-声子耦合。更为重要的是，在氧气暴露下，该薄膜的氧气扩散速率显著降低，这为其在氧气环境下的长期稳定性提供了有力保障。

最终，研究团队成功制备出了一种准二维RP型锡基PSC，其效率高达11.18%，在已报道的同类器件中名列前茅。尤为值得一提的是，在未经封装的条件下，该器件在历经2700小时的氧气老化测试后，仍能保持其初始效率的95%。这一成就不仅创造了锡基PSCs在氧气稳定性方面的新纪录，也充分证明了NLA策略的有效性和实用性。

这项工作不仅加深了我们对准二维RP型锡基钙钛矿材料固有氧稳定性的理解，更为制备高效且氧稳定的准二维锡基PSCs提供了一种通用且简便的方法。四川大学赵德威教授和任胜强教授团队的这一研究成果，无疑为钙钛矿太阳能电池领域的发展注入了新的活力。

文献信息：

Nucleation-LayerAssistedQuasi-2DRuddlesden-PopperTinPerovskiteSolarCellsWithHighOxygenStability

ZhihaoZhang,JialunJin,ZichengLi,YuanfangHuang,YitingJiang,MinghuiLi,CanWang,YiLuo,ZhiyuGao,YuliangXu,XiaoxueWang,JunyuQu,WenboJiao,WenqingLiang,JingweiZhu,HaoZhang,ZhenhuangSu,XingyuGao,HaoHuang,ChuanxiaoXiao,ShengqiangRen,CongChen,PengGao,DeweiZhao

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501156