錫基鈣钛礦與鉛基的相比具有更加合适的帶隙、更為優異的載流子傳輸能力以及環境友好的特性，引起了科研工作者的廣泛關注。然而，Sn²⁺易被氧化成Sn⁴⁺，使得其電池的效率和穩定性遠落後于鉛基鈣钛礦太陽能電池。近日，本課題組在提升錫基鈣钛礦太陽能電池效率和穩定性研究中取得新的進展，通過協同引入苯肼離子和鹵素離子，将電池光電轉化效率提高至13.4%（12.4%認證效率）——迄今報道的非鉛鈣钛礦太陽能電池效率的最高值。同時，器件具備非常優異的穩定性，放置在手套箱中4800 h後可保持初始效率的91%，在一個太陽光持續照射330 h下可保持初始效率的82%。

在該工作中，作者發現苯肼離子的引入能夠提升薄膜的表面能，鹵素的調控可以進一步優化鈣钛礦薄膜的形貌。二者的協同作用極大地鈍化了光活性層的缺陷态，使載流子壽命達到45.5 ns，載流子複合速率降低了五倍。作者利用穩态發射光譜、飛行時間二次離子質譜和激光掃描共聚焦顯微成像等手段進一步探究了苯肼和鹵素離子的協同調控機理，發現苯肼和鹵素離子協同引入能夠抑制相分離，提升相穩定性。DFT理論計算也說明少量溴離子的摻入能夠使鈣钛礦的形成能降低，顯著提升其熱力學穩定性。

圖 1 （a）最佳器件的J-V特征曲線，（b）苯肼和鹵素離子協同調控下薄膜在80 °C、一個太陽光持續照射下0，5，10，20 h的穩态發射光譜，（c）苯肼和鹵素離子協同調控下器件的飛行時間二次離子質譜剖面圖，（d）苯肼和鹵素離子協同調控下器件飛行時間二次離子質譜截面圖。

該工作近期發表在Cell姊妹刊Matter上，王程博同學為第一作者，劉志偉副教授和卞祖強教授為共同通訊作者，主要合作者還包括蔣鴻教授。感謝國家自然科學基金、北京市教委科技計劃重點項目的支持。

原文鍊接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520306299。