近日，化学院周忠敏教授与合作者从降低锡铅合金钙钛矿薄膜的能量无序性的角度出发，以1-溴-4-(甲基亚磺酰基)苯为添加剂制备了高效稳定的Sn-Pb合金钙钛矿太阳能电池。其成果以题“Reducing Energy Disorder for Efficient and Stable Sn-Pb Alloyed Perovskite Solar Cells”发表在国际知名期刊Angew.Chem. Int. Ed.。

在Sn-Pb合金钙钛矿中，由于Sn²⁺不受约束的氧化和较差的薄膜质量导致较高的电子无序性极大地限制了器件的光伏性能。尽管已经采用了多种策略来增强Sn-Pb合金钙钛矿薄膜结晶并抑制Sn²⁺氧化。到目前为止，要实现高效稳定的Sn-Pb合金PSC仍然是一项重大挑战。

本文使用了具有还原性和富电性的1-溴-4-(甲基亚磺酰基)苯(BBMS)作为添加剂，通过S = O与Sn-Pb合金钙钛矿之间的氢键作用和配位作用抑制Sn²⁺的氧化、延迟结晶速率从而有效调节薄膜能量紊乱，降低开路电压(V_OC)损失，提高Sn-Pb合金PSC的效率和稳定性。

DFT理论计算预测了BBMS与Sn-Pb合金钙钛矿之间的氢键作用和配位作用，并通过¹H NMR和XPS证明了理论计算结果。BBMS的抗氧化性和改善薄膜的结晶形成了低缺陷态的高质量薄膜，Urbach energy (E_u)被用来评估钙钛矿薄膜的电子能量无序性。光热偏转光谱(PDS)测量结果显示BBMS处理的薄膜存在更低的E_u值，表明BBMS处理的薄膜的缺陷态显著降低。得益于此，载流子动力学也得到改善。最终，使用BBMS处理的最佳器件的PCE高达22.03%，并且提高了器件性能的可重复性。另外，经过BBMS处理的器件具有出色的热稳定性，在N₂环境中60℃下连续加热2660小时后，仍旧保持了其初始PCE的98%。

化学院研究生彭程为文章的第一作者，李崇文博士和周忠敏教授为通讯作者，青岛科技大学为第一通讯单位。本工作得到山东省泰山学者工程项目的支持。

文章链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202201209