5月8日，国际学术期刊Advanced Materials在线发表了材料科学与工程学院赵德威教授团队题为“Nucleation-Layer Assisted Quasi‐2D Ruddlesden‐Popper Tin Perovskite Solar Cells With High Oxygen Stability”的研究成果。Advanced Materials由美国Wiley出版社主办，是材料科学领域的国际权威期刊，川大A-级期刊，最新影响因子为27.4。本工作报道了一种形核层辅助（NLA）策略，通过调控准二维Ruddlesden-Popper（RP）锡基钙钛矿的相分布、晶体取向、薄膜形貌，实现了高度氧稳定的准二维RP锡基钙钛矿太阳能电池，同时创下了锡基钙钛矿太阳能电池氧稳定性的纪录。

环境友好型锡基钙钛矿太阳能电池存在的最严重的问题是锡基钙钛矿的氧稳定性极差。然而，现有的关于氧稳定性的工作均基于三维或二维/三维混合锡基钙钛矿，不足以实现出色的氧稳定性，在环境空气中大多数未封装的锡基钙钛矿太阳能电池在数百甚至数十小时内就会迅速降解。虽然准二维Ruddlesden-Popper (RP) 钙钛矿的环境稳定性远优于三维钙钛矿，但目前尚未被探索以解决锡基钙钛矿太阳能电池的氧稳定性问题。借鉴早期研究，低维锡基钙钛矿在氧化歧化通道方面理论上比三维钙钛矿具有更高的固有热力学稳定性，准二维RP锡基钙钛矿极有希望实现高度氧稳定的锡基钙钛矿太阳能电池。因此，非常有必要建立一种可靠且通用的方法，以同时提升准二维RP锡基钙钛矿太阳能电池的效率与氧稳定性。

在本工作中，赵德威团队开发了一种简便的NLA策略，在空穴传输层和准二维RP锡基钙钛矿的埋底界面处生成形核层，从而制备出高氧稳定性的锡基钙钛矿太阳能电池。钙钛矿薄膜的NLA制备方法包括清洗制备好的钙钛矿薄膜、退火基底上的残留物、再次旋涂钙钛矿薄膜以及随后的退火。精细的表征结果表明，在首次退火步骤后，基底上形成了含有锡基钙钛矿组分的形核层，这诱导后续沉积的钙钛矿薄膜从以小n值为主、晶体取向随机的宽相分布转变为以中等n值为主、晶体取向垂直的窄相分布。同时，形核层改善了后续沉积的钙钛矿薄膜的形貌，使其表面更加平整，片状晶粒高度相邻，从而减少了晶界与针孔数量。鉴于此，NLA沉积的钙钛矿薄膜表现出更高效的载流子传输能力、更低的激子结合能、更弱的电子-声子耦合，以及在氧气暴露条件下显著降低的氧扩散速率。因此，NLA器件实现了11.18%的冠军效率，在准二维RP锡基钙钛矿太阳能电池中位居最高效率之列。更重要的是，未经封装的NLA器件在干燥空气（5% RH，20 ℃）中暴露2700小时后仍能保持其初始效率的95%，创造了锡基钙钛矿太阳能电池的氧稳定性纪录。这项工作强调了准二维 RP 锡基钙钛矿的内在氧稳定性，并提供了一种制备高效且氧稳定的该类太阳能电池的通用方法。

我校2021级博士研究生张志皓、2024级博士研究生金佳伦为论文的第一作者，我校赵德威教授、任胜强副研究员为论文的通讯作者。四川大学材料科学与工程学院为唯一通讯单位。

上述研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、四川大学工科特色团队、四川省科技计划项目、中央高校基本科研业务费专项资金等资助。

文章链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202501156