全钙钛矿串联太阳能电池在实现超越单结Shockley–Queisser极限的光电转换效率(PCE)方面展现出巨大潜力。然而，作为全钙钛矿串联器件关键部件的窄带隙锡铅(Sn–Pb)钙钛矿太阳能电池(PSCs)，在长期光照下容易出现Sn2+被氧化为Sn4+的现象，伴随离子迁移、晶格应力集中和结构畸变等问题，严重制约了器件的稳定性和效率提升。
针对上述瓶颈，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员和刘畅研究员等人在前期钙钛矿太阳能电池研究的基础上，提出了一种基于刚性三磺酸根多齿配位分子的“晶格稳定与应变均一化”策略。
前期研究成果
Nat. comm. 2025, 16, 4148;
Joule. 2024, 8, 1120-1141;
Adv. Mater. 2025, 29, 2415627;
Adv. Mater. 2025, 22, 2410779;
Energy Environ. Sci. 2024,17, 8557-8569;
Adv. Mater. 2024, 20 2400852;
Adv. Mater. 2024, 36, 2309998;
Adv. Mater. 2024, 8, 2309208;
Adv. Mater. 2023, 2302752;
Angew. Chem. 2023, 135, e202217526
该分子可与Sn2+形成强配位键，显著增强Sn–I键强度，并通过抑制极化声子耦合降低光致晶格振动与应力集中。同时，均匀化Sn/Pb组分分布，有效缓解了长期照射下的结构退化问题。研究结果表明，该策略实现了在窄带隙(NBG)PSCs中的高稳定性和高效率突破。优化后的NBG器件PCE达到23.2%，在最大功率点(MPP)下稳定运行2800小时后仍保持初始效率的92.5%。进一步应用于2T全钙钛矿串联器件后，PCE达到29.6%(认证效率29.2%)，这是目前公开报道的全钙钛矿PSCs最高效率之一，在光照下稳定运行700小时后保持初始效率的93.1%。
这一工作不仅揭示了Sn–Pb钙钛矿光致降解的结构与动力学机制，还提出了可推广至其他窄带隙体系的稳定化分子设计思路，为实现高效、长寿命全钙钛矿串联太阳能电池提供了重要的材料与方法学支撑。
图1 (a) NTS体系添加剂的作用机制;(b) 全钙钛矿叠层太阳能电池器件J-V曲线及其参数
相关成果
Nature Communications
Lattice stabilization and strain homogenization for suppressing light-induced degradation of Sn–Pb perovskite and all-perovskite tandem solar cells
DOI: 10.1038/s41467-025-62661-6
作者信息
第一作者
白杨 宁波材料所博士生
孟员员 宁波材料所博士后
杨明 宁波材料所-浙江工业大学联培生
通讯作者
葛子义 宁波材料所研究员
刘畅 宁波材料所研究员
项目支持
国家杰出青年科学基金
21925506
国家自然科学基金
2243000169、U21A20331、81903743、22279151、22275004
浙江省“领雁”研发攻关计划
2024C01091
