半导体太阳电池中的转换效率受到超快(亚皮秒时间尺度)载流子-载流子/声子散射引起的热载流子快速弛豫过程中的能量损失的限制。因此，在载流子冷却到晶格温度之前，减缓载流子的冷却速度和减少以热的形式的能量损失是至关重要的。

化学院周忠敏团队与合作者报道了将草酸锡（SnC₂O₄）引入锡铅钙钛矿前驱体溶液中以调节热载流子冷却动力学。SnC₂O₄的添加增加了载流子扩散的长度，延长了载流子的寿命，同时减缓了载流子的冷却速度。此外，SnC₂O₄可以与不配位的Sn²⁺和Pb²⁺离子结合，调节钙钛矿的结晶并实现大晶粒。C₂O₄^2-的强还原性可以抑制Sn²⁺氧化成Sn⁴⁺，并最大限度地减少所得钙钛矿薄膜中Sn空位的形成。此外，作为氟化锡(II)的替代品，SnC₂O₄的引入避免了由于F^-离子在界面聚集而引起的载流子传输问题。

结果表明，SnC₂O₄的引入显著降低了热载流子的冷却速率（797 fs vs.652 fs）。此外，还制备了基于SnC₂O₄的高质量钙钛矿薄膜，有效延长了电子扩散长度（约2.81μm）。最终获得PCE为23.36%的混合Sn-Pb单结太阳能电池和效率为27.56%的全钙钛矿两端串联电池。此外，单结SnC₂O₄处理的电池表现出优异的稳定性，在连续光照下的MPPT运行1000小时后仍保持85%的初始效率。这些结果有助于开发制造高效、稳定的全钙钛矿串联太阳能电池的新策略。

这一成果近期发表在《Advanced Materials》上，文章的第一作者是化学院2021级硕士研究生闫文健，本工作得到了泰山学者工程经费支持。

论文信息:

Hot-carrier cooling regulation for mixed Sn-Pb perovskite solar cells

Wenjian Yan, Chongwen Li, Cheng Peng, Shuchen Tan, Jiakang Zhang, Haokun Jiang, Feifei Xin, Fang Yue, and Zhongmin Zhou.

网站链接：Hot‐carrier Cooling Regulation for Mixed Sn‐Pb Perovskite Solar Cells - Yan - Advanced Materials - Wiley Online Library