上海交通大学韩礼元教授首次在国际权威机构获得纯锡钙钛矿太阳电池认证效率（9.15%），是目前非铅钙钛矿太阳电池的最高效率

Original 中国科学：化学中国科学杂志社 2021-12-24

上海交通大学韩礼元教授课题组提出了利用π共轭路易斯碱调控前驱体溶液结晶速率来制备均匀、无孔洞且空气中稳定的锡基钙钛矿薄膜的分子工程策略。首次在国际权威机构获得纯锡钙钛矿太阳电池认证效率（9.15%），是目前的最高效率。

钙钛矿太阳电池作为新型的光伏器件，具有成本低效率高的特点，已成为最有希望实现实用化的光伏器件。而纯锡钙钛矿材料由于无铅和较宽的吸收光谱，极有希望成为下一代钙钛矿太阳电池。但是，纯锡钙钛矿薄膜的结晶速率通常比铅基钙钛矿薄膜的结晶速率快，造成纯锡钙钛矿薄膜中大量“针孔”和随机取向的无规则晶粒，导致较低的效率。此外，锡基钙钛矿中二价锡离子在空气会被氧化成四价锡，产生大量的锡空位缺陷，影响锡基钙钛矿薄膜稳定性。因此，如何提升纯锡钙钛矿薄膜的结晶质量和环境稳定性已成为锡基钙钛矿太阳电池领域的重要挑战。

近期，上海交通大学的韩礼元教授为解决纯锡钙钛矿结晶过快和稳定性差的问题，设计合成了具有π共轭结构的路易斯碱分子，并将其引入到前驱体溶液中系统地调控钙钛矿薄膜的结晶速率。密度泛函理论计算结果表明，具有强推电子能力的三苯胺共轭体系能够增加路易斯碱基团的电子密度，使得这种π共轭路易斯碱分子与碘化锡形成稳定的络合物中间相，有效减缓了纯锡钙钛矿的结晶过程。光学、电学等表征实验结果表明，π共轭路易斯碱的引入能够抑制钙钛矿薄膜中针孔的产生，使得其光致发光强度和均匀性得到明显提高，同时有效抑制了薄膜内部载流子的非辐射复合。此外，π共轭分子具有很强的疏水性，使得纯锡钙钛矿在水氧环境中的稳定性得到大幅提高。最终，优化后的纯锡钙钛矿太阳电池在国际权威电池评测机构-日本产业技术综合研究所（AIST）首次获得了9.15%的稳态认证效率，是目前非铅钙钛矿太阳电池所报道的最高效率。

π共轭路易斯碱分子的结构设计与结晶调控原理

相关论文近日在线发表于SCIENCE CHINA Chemistry，第一作者为上海交通大学博士研究生吴天昊和日本国立物质材料研究所博士后刘潇，通讯作者为上海交通大学韩礼元教授。

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Wu T, Liu X, He X, Wang Y, Meng X, Noda T, Yang X, Han L. Efficient and stable tin-based perovskite solar cells by introducing π-conjugated Lewis base. Sci. China Chem., 2019, DOI: 10.1007/s11426-019-9653-8.

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