  通讯作者：Peng Chen（昆士兰大学）、王连洲（昆士兰大学） 🌟 研究背景 铅基钙钛矿太阳能电池虽效率优异，但铅毒性问题阻碍其商业化。锡基钙钛矿（THPs）作为无铅替代品，具有理想带隙（1.3-1.4 eV）和高载流子迁移率，但存在薄膜质量差、易氧化缺陷多等问题。传统构建2D/3D异质结构可优化结晶，但大尺寸2D胶体成核慢于3D相，导致相分离和缺陷积累。 ⚡ 痛点问题 现有2D/3D异质结构中，有机阳离子（如PEA⁺）的庞大体积导致胶体稳定性高，无法与3D相同步成核。这种成核动力学差异使2D相沉积在薄膜底部，阻碍电荷传输，并导致上层3D晶粒缺陷多、稳定性差。 🔑 核心发现 研究团队通过铯离子（Cs⁺）胶体化学调控，实现2D/3D相成核同步： 1️⃣ Cs⁺部分取代PEA⁺，缩小胶体尺寸，降低静电排斥； 2️⃣ 促进2D/3D胶体共凝聚，形成混合相成核簇； 3️⃣ 诱导均质2D/3D异质结构，减少缺陷并提升晶体取向性。 🖼️ 关键图表解析 图1 | 胶体动力学与成核调控  👉 动态光散射（DLS）显示：添加5% Cs⁺使胶体尺寸从369 nm增至934 nm，促进共凝聚（图1b）； 👉 原位XRD证实：Cs⁺使2D相在成膜初期即均匀分布（图1d），消除传统梯度相分离（图1c）。 图2 | 相分布与晶体取向  👉 GIWAXS深度分析：Cs⁺样品中2D相信号在薄膜各深度均匀分布（图2a-b），而对照组仅底部富集； 👉 TOF-SIMS证明：PEA⁺信号在Cs⁺样品中均匀穿透300 nm薄膜（图2d-e）。 图3 | 光伏性能与稳定性  👉 最优器件效率达17.13%（认证16.65%），Voc达0.99 V（图3b-c）； 👉 未封装器件在氮气中连续光照1,500小时后保持92%初始效率（图3g），暗态存储6,000小时保持93.3%（图3f）。 图4 | 光电特性提升  👉 稳态荧光强度提升3倍，载流子寿命延长至15.13 ns（图4a-b）； 👉 陷阱密度降低50%，Urbach能量从45.47 meV降至34.32 meV（图4d-f），证实缺陷显著减少。 🎯 结论 通过无机铯离子调控胶体化学，首次实现锡基钙钛矿的均质2D/3D异质结构。该策略为无铅钙钛矿光伏提供了新思路，未来可拓展至发光二极管、光电探测器等领域。  扫码关注 青研经纬 点击文末“阅读原文” |
