复旦大学、南京理工大学、同济大学、太原理工大学、上海辉纳思光电科技、东华大学和上海工程科技大学的研究人员通过设计高性能锡基钙钛矿太阳能电池（TPSCs）报告了无铅钙钛矿光伏发展的里程碑。他们的工作表明，倒置 TPSCs 的功率转换效率 （PCE） 达到创纪录的 17.71%。
锡基钙钛矿吸收剂因其毒性较低、环境友好和理论效率高而被广泛认为是铅基钙钛矿吸收材料的有前途的替代品。然而，由于界面接触不良、空穴提取不理想以及 Sn²⁺ 容易氧化引起的不稳定性，阻碍了该领域的进展。为了应对这些挑战，研究团队设计了一种分子界面改性剂，(E)-(2-(4',5'-bis(4-(bis(4-methoxyphenyl)amino)phenyl)-[2,2'-bithiophen]-5-yl)-1-cyanovinyl)phosphonic acid（磷酸），以提高倒置结构TPSCs内的界面和薄膜质量。
这种基于磷酸的分子膜形成均匀的埋入界面，具有与相邻空穴传输层的优化能级排列。由此产生的界面改性显着增强了空穴提取和载流子复合动力学。同时，它诱导了一种超润湿表面形貌，促进了致密、均匀和缺陷抑制的锡基钙钛矿薄膜的形成。这种对界面能量学和薄膜结晶度的协同控制可实现卓越的电子耦合并降低非辐射复合损耗。
优化后的器件实现了17.89%的小面积PCE（认证为17.71%），是倒置TPSCs中报告效率最高的。此外，封装器件表现出卓越的运行稳定性，在环境货架存储 1,344 小时后仍保持其初始效率的 95% 以上，在 标准光照条件下连续照明 1,550 小时后仍保持 94% 以上的初始效率。有效面积为 1 平方厘米的微型器件可提供 14.40% 的 PCE，强调了该方法在实际部署方面的可扩展性。
根据共同通讯作者 Liang Jia 的说法，分子工程方法“为真正的绿色和可持续太阳能技术提供了一条途径”，因为锡结合了低毒性、丰度和出色的加工性能。该研究强调了将无铅钙钛矿薄膜集成到适用于建筑一体化光伏（BIPV）、可穿戴电子产品、车集成太阳能电池板和离网可再生能源系统的大面积、低成本组件中的可行性。
通过调整界面设计原理和稳定锡基吸收器，这项工作代表着环保钙钛矿光伏商业化迈出了一步，弥合了实验室成功与可扩展的绿色能源解决方案之间的差距。
（消息来源：perovskite-info.com, Nature）
