北京
主要内容
在锡铅（Sn–Pb）窄带隙（NBG）钙钛矿（PVK）的研究领域，结晶动力学差异以及Sn²⁺的偏析问题，一直是导致铅（Pb）/锡（Sn）分布不均的“顽疾”。这种不均匀分布不仅会引发有害的能带波动，还会造成界面复合，严重制约了钙钛矿太阳能电池性能的进一步提升，成为该领域亟待攻克的关键科学挑战。
在此关键节点，暨南大学麦耀华教授、范建东教授、吴绍航教授带领其团队，凭借深厚的专业知识和敏锐的科研洞察力，创新性地报道了一种经工程化设计的多功能环糊精衍生物（MCD）添加剂。该添加剂独具匠心地带有6 - 8个巯基（-SH），犹如一把“精密钥匙”，为解决上述难题提供了全新思路。
团队开展的系统性研究发现，MCD添加剂具备双重卓越功能。一方面，它凭借自身强大的还原能力，能够有效抑制Sn²⁺的氧化，从源头上减少了缺陷的产生；另一方面，通过硫 - 金属动态配位键，MCD可与Pb²⁺/Sn²⁺进行双重螯合，精准调控结晶动力学。理论分析与实验研究相互印证，结果显示这种双功能机制显著减缓了成核过程中的离子迁移速率，为高质量NBG PVK薄膜的生长创造了有利条件。同时，它还降低了缺陷密度，成功实现了Pb/Sn分布的均匀化。
深入探究其作用机制，MCD的多齿巯基配位作用发挥了关键作用。它与Pb²⁺/Sn²⁺形成了动态螯合网络，如同一个智能“调控器”，能够精确调节离子的释放速率，有效抑制了局部过饱和现象的发生。此外，MCD的环状寡糖骨架产生的空间位阻效应，如同为离子设置了“隔离屏障”，进一步抑制了离子团聚和无序成核途径。结合可逆的金属 - 巯基配位作用，团队成功构建了一个自缓冲体系，为钙钛矿结晶过程提供了稳定的环境。
具体而言，MCD的6 - 8个巯基（-SH）赋予了它独特的双重功能机制，可实现对结晶过程的精确控制。其强还原性不仅能够有效抑制Sn²⁺氧化，还能实现缺陷钝化，提升材料的质量；多齿硫 - 金属配位则可同时螯合Pb²⁺和Sn²⁺离子，调节离子迁移速率，平衡Pb/Sn结晶动力学，确保结晶过程的均匀性和稳定性。Pb/Sn离子分布的均匀化进一步优化了钙钛矿太阳能电池（PSC）内的能带结构，有效防止了能量不利能带构型处的电荷积累，极大地提高了载流子传输性能，为电池性能的提升奠定了坚实基础。
在团队的不懈努力下，最终取得了令人瞩目的成果。优化后的NBG PVK太阳能电池实现了22.3%的光电转换效率，非辐射损失得到显著抑制。在此基础上，全钙钛矿叠层太阳能电池的效率更是达到了27.9%，并且具备极高的长期稳定性，可稳定运行1320小时。这一系列成果不仅彰显了团队在钙钛矿太阳能电池领域的深厚实力，也为该技术的商业化应用带来了新的希望。
该团队提出的“动态配位 - 空间限域”协同策略，为多元钙钛矿的结晶控制提供了全新的视角和深刻的见解。这一策略具有广泛的适用性，可推广至其他易发生成分偏析的光电材料，为相关领域的研究提供了重要的参考和借鉴。
展望未来，麦耀华教授、范建东教授、吴绍航教授带领的团队将继续砥砺前行。他们将聚焦于开发原位表征技术，深入探究结晶过程中的配位动力学，揭开钙钛矿结晶的神秘面纱；同时，积极探索可规模化制备方法，推动钙钛矿太阳能电池技术从实验室走向工业生产，为实现全球能源的可持续发展贡献智慧和力量。
文献信息：
Steric Confinement and Dynamic Coordination Synergy for Crystallization Control in 27.9%-Efficient All-Perovskite Tandem Solar Cell
Qingchen He, Peng Liu, Hongbing Li, Wei Feng, Yujiao Ma, Mengen Ma, Maoyuan Wu, Yunfei Yang, Xiaoxuan Lin, Ze Xiao, Shaohang Wu, Jiandong Fan, Yaohua Mai
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202502835
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