文章介绍
全钙钛矿叠层太阳能电池（TSCs）凭借理论上高效率与低制备成本，被视为下一代光伏技术极具前景的候选。然而，混合锡-铅窄带隙底电池性能欠佳—源于结晶过程不可控、Sn²⁺氧化失衡及能带排列失配—已成为制约TSCs进一步突破的关键瓶颈。
基于此，西安交通大学梁超等人提出一种原位双界面调控策略：在前驱体溶液中引入平面刚性电子给体四硫富瓦烯（TTF）。TTF与锡-铅钙钛矿前驱体组分间的电子给-受相互作用，辅以TTF原位自组装在钙钛矿体相及上下界面的双重富集，协同调控结晶动力学、均化Sn氧化态、促进载流子在体相与双界面处的抽取与输运，并稳固钙钛矿晶格。上述优化使同质结锡-铅单结钙钛矿太阳能电池（PSCs）实现冠军光电转换效率（PCE）24.30%，填充因子（FF）创纪录地达到83.59%，并具备优异稳定性。进一步地，全钙钛矿TSCs获得29.14%的高PCE（认证值29.07%）。封装的叠层器件在模拟1 sun、环境气氛下进行964 h最大功率点追踪后，仍保持初始效率的80%。该论文近期以“In Situ Dual-Interface Modulation for Homogeneous Sn-Pb Perovskites and Efficient Tandem Solar Cells”为题发表在顶级期刊Advanced Materials上。
图文信息
图1 (a) TTF的静电势（ESP）分布图与偶极矩。DFT计算给出的TTF与(b) FAI及(c) PbI₂/SnI₂端面潜在化学相互作用构型。TTF与(d) FAI及(e) PbI₂/SnI₂端面的电荷密度差分分布；正值（黄色区域）表示电荷累积，负值（蓝色区域）表示电荷耗尽。(f) FAI与FAI+TTF的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。FAI与FAI+TTF在波数范围(g) 470–1600 cm⁻¹与(h) 2950–3170 cm⁻¹内的FTIR精细谱。(i) FAI、TTF及FAI+TTF在DMSO-d₆中的¹H NMR谱；(j) TTF、TTF+PbI₂及TTF+SnI₂在DMSO-d₆中的¹H NMR谱。
图2 (a) 对照与TTF处理器件的截面SEM图像。(b) 对照与TTF处理钙钛矿薄膜的XRD图谱。(c) 对照与TTF处理钙钛矿薄膜的稳态PL光谱。在(d)旋涂与(e)退火过程中，提取自960 nm处的PL强度演化曲线。(f)对照与TTF处理钙钛矿薄膜在旋涂及退火阶段的原位紫外–可见吸收演化二维图谱。
图3 (a) TTF处理的Sn–Pb钙钛矿薄膜的ToF-SIMS三维分布图及(b) Sn²⁺、Pb²⁺、I⁻、TTF的深度剖析曲线。(c) 利用XPS深度剖析表征的对照与TTF处理钙钛矿薄膜中Sn⁴⁺含量随深度的分布。对照与TTF处理钙钛矿薄膜在(d)顶表面与(e)底表面的KPFM表面电势图像及对应的电势统计分布图；比例尺1 µm。(f) 对照与(g) TTF处理钙钛矿体相及对应双界面处的能带排列示意图。
图4 (a) 最优对照与TTF处理Sn–Pb PSCs的J–V曲线。(b)对照与TTF处理器件的EQE光谱及积分JSC。(c) 基于20组器件的对照与TTF处理Sn–Pb PSCs PCE统计分布。(d) 近三年单结Sn–Pb PSCs文献报道的FF与PCE汇总。(e) 对照与TTF处理器件的TPC衰减曲线及(f) TPV衰减曲线。(g) 最优对照与TTF处理PSCs的SPO效率。(h) 未封装对照与TTF处理Sn–Pb PSCs在室温、氮气手套箱中的长期稳定性演化。
图5 (a) 全钙钛矿2T叠层太阳能电池器件结构示意图与(b) 截面SEM图像；比例尺500 nm。(c) 最优性能含TTF全钙钛矿叠层器件的J–V曲线及(d) EQE光谱。(e) 封装对照与TTF处理全钙钛矿TSCs在环境空气（ISOS-L-1，≈45 °C，≈40% RH）条件下的连续MPP追踪曲线。
总之，作者等人提出原位双界面调控策略：通过引入TTF构筑高质量均质钙钛矿活性层，实现高性能单结Sn–Pb NBG PSCs及全钙钛矿TSCs的可控制备。TTF与钙钛矿前驱体组分间的多重相互作用精准调控结晶动力学；其自发界面富集诱导TTF在Sn–Pb钙钛矿中形成自组装空间分布。借助TTF对钙钛矿表面Sn²⁺氧化的抑制、平面刚性π-共轭骨架及有序分子间π–π堆积特性，该双面富集型空间分布均化Sn氧化态、优化能带排列，从而加速体相与双界面处的载流子抽取/传输并稳固钙钛矿晶格。最终，Sn–Pb NBG PSCs实现24.30%的PCE及创纪录83.59%的FF。将优化后的1.25 eV Sn–Pb NBG底电池与1.77 eV WBG顶电池耦合，构筑的全钙钛矿TSCs获得29.14%的PCE（认证值29.07%），并展现优异的运行稳定性。本工作为功能分子精准空间分布设计、实现高性能均质钙钛矿光伏器件提供了重要范式。
器件制备
器件结构：
ITO/SAM/WBG PVSK/PDAI2/C60/Au/PEDOT:PSS/NBG PVSK/C60/BCP/Ag
1.洗干净的ITO基底，2 mg/mL 4PADCB EtOH，3000rpm 20s旋涂，100°C退火10 min；Al₂O₃/IPA分散液5000rpm 30s旋涂，100°C退火10 min；
2. 1.2 M FA0.8Cs0.2Pb(I0.6Br0.4)3CsI（0.24 mmol）、FAI（0.96 mmol）、PbBr₂（0.72 mmol）、PbI₂（0.48 mmol）、Pb(SCN)₂（0.015 mmol）溶于1 mL DMF/DMSO混合溶剂（体积比3:1），搅拌12 h，经0.22 µm PTFE滤头过滤，500rpm 2s+4000rpm 60s旋涂，35s时300 µL CB反相，100 °C退火10 min；
3. 70 uL PDAI₂溶液4000rpm 20s旋涂，100°C退火5 min；
4. 蒸镀20 nm C₆₀；蒸镀1 nm Au；
5. PEDOT:PSS/IPA混合溶液（体积比1：3）3000 rpm 30s旋涂，100°C退火15 min；
6. 2.0M Cs₀.₁FA₀.₆MA₀.₃Sn₀.₅Pb₀.₅I₃（CsI（0.2 mmol）、FAI（1.2 mmol）、MAI（0.6 mmol）、PbI₂（1.0 mmol）、SnF₂（0.1 mmol）及甘氨酸盐酸盐（GlyHCl，0.04 mmol）溶于SnI₂溶液（将1.0 mmol I₂溶于0.25 mL DMSO，搅拌1 h后，用0.75 mL DMF稀释（DMSO∶DMF = 1∶3，v/v）。随后，在氮气手套箱内加入过量锡粉（1.25 mmol），室温搅拌过夜）），加入1 mg mL⁻¹ TTF，搅拌6 h，使用前经0.22 µm PTFE滤头过滤，1000rpm 10s+4000rpm 40s旋涂，结束前20s时300 µL CB反相，100 °C退火10 min；
7. 蒸镀20 nm C₆₀、7 nm BCP及100 nm Ag电极。
文章信息
F. Du, T. Zhang, W. Zhu, A. Zhu, J. Liu, Z. Wan, Y. Lin, W. Yang, X. Xie, K. Xiang, Y. Zhu, W. Jiang, R. Guo, X. Liu, L. Bu, N. Zhang, J. Xia, L. Jiang, P. Li, S. Yang, C. Liang, In Situ Dual-Interface Modulation for Homogeneous Sn-Pb Perovskites and Efficient Tandem Solar Cells, Advanced Materials, 2025.DOI：10.1002/adma.202519486
