image: DPPF对Sn2+氧化的抑制及氧化产物对缺陷的钝化示意图 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
北京化工大学和林雪平大学的合作研究团队提出了一种氧化还原能垒调控策略，旨在提升窄带隙锡铅（Sn-Pb）钙钛矿太阳能电池的性能。该策略的核心创新在于采用有机金属配合物1,1′-双(二苯基膦)二茂铁（DPPF），通过保护Sn²⁺免于氧化并钝化钙钛矿层缺陷来实现性能优化。
该研究的关键发现包括：
- 抗氧化机制：DPPF优先与氧气反应，其氧化产物（DPPFO和DPPFO₂）能够锚定锡空位，从而降低陷阱密度。理论计算和实验分析均证实，相较于Sn²⁺，DPPF具有更低的氧化反应能垒。
- 缺陷钝化： DPPF的氧化产物可与未配位的Sn²⁺和Pb²⁺配位，提高缺陷形成能并改善薄膜质量，最终实现晶粒尺寸增大、非辐射复合减少以及载流子迁移率提升。
- 器件性能：优化后的反式Sn-Pb钙钛矿太阳能电池获得了23.5%的认证转换效率（PCE），其开路电压（VOC）高达0.89 V，能量损失仅为0.36 eV，这些指标在已报道的Sn-Pb钙钛矿电池中处于领先水平。
- 叠层电池应用：当与半透明宽带隙钙钛矿子电池结合时，四端全钙钛矿叠层太阳能电池的效率达到26.4%，证明了该策略在高效率多结器件中的可扩展性。
- 稳定性表现：经DPPF修饰的器件在氮气环境中存放1,100小时后仍保持90%的初始效率，在持续光照380小时后同样展现出优异的运行稳定性与热稳定性。
这项工作为解决Sn-Pb钙钛矿中Sn²⁺氧化和缺陷相关损失问题提供了系统性解决方案，不仅为缩小其与纯铅钙钛矿的性能差距开辟了路径，更推动了叠层太阳能电池技术的发展。