     钙钛矿太阳能电池因其低成本和高效率而备受关注，但传统的铅基钙钛矿存在环境问题。锡卤化物钙钛矿 (THP) 作为铅的替代品，具有优异的光电性能，但其光伏性能仍落后于铅基钙钛矿，主要原因是薄膜质量较差。该研究通过在 2D THP 胶体中引入小无机铯阳离子，部分替代大有机阳离子，降低胶体尺寸和聚集势垒，从而促进 2D 和 3D THP 胶体在前驱体溶液中的共凝聚，实现同步成核，最终获得具有均匀微观结构和显著减少陷光状态的 2D/3D 异质结构 THP 薄膜。该策略成功地将 THP 太阳电池的功率转换效率提高到 17.13%（认证效率为 16.65%），并在连续一太阳光照下表现出超过 1,500 小时的优异稳定性。   图1 | 含有和不含Cs+的THP薄膜的胶体稳定性和结晶动力学。a部分是示意图，展示了PEA富集胶体和FA基础胶体的初步胶体稳定性、簇状形成和成核动力学，以及有无Cs+加入的2D/3D THP的生长过程。b部分是通过DLS技术表征的不同Cs+比例（0-20摩尔%）的THP前驱体溶液（Cs0-Cs20）的胶体簇大小分布。虚线表示不同Cs+比例下平均胶体簇大小的演变。c部分是Cs0和Cs5湿膜（在旋涂后0分钟）在20至80°C（升温速率为1°C/min）的退火处理过程中，以及在80°C下保持10分钟的XRD图谱的原位观察。2D峰的强度放大了100倍。(110)3D表示3D钙钛矿的（110）面的衍射；(002)n=1, (002)n=2, (004)n=2和(006)n=2表示特定2D钙钛矿平面的衍射，其中n=1或2。d部分是Cs0和Cs5湿膜在退火前的XRD图谱（3–15°）。e部分是经过退火处理后多晶Cs0（顶部）和Cs5（底部）薄膜的XRD图谱。插图显示了3–13°范围内2D钙钛矿的放大衍射峰。(110)3D和(220)3D分别是3D钙钛矿的（110）面和（220）面的主要衍射峰。  图2 | 2D/3D THP相分布和晶体取向。a部分是Cs0和Cs5 THP薄膜的2D GIWAXS图谱，选取了0.05°、0.16°、0.20°和0.50°的入射角（α）值，为了清晰起见，省略了缺失的出平面楔形区域。亮色和暗色分别表示高和低衍射强度。b部分是Cs0和Cs5 THP薄膜的（110）3D平面的方位分布，不同的X射线散射深度由入射角和估计的X射线散射深度定义。c部分是Cs0和Cs5 THP薄膜的（110）3D平面的方位半高宽（FWHM）变化，随着不同的入射角而变化。d和e部分分别是Cs0（d）和Cs5（e）THP薄膜的TOF-SIMS深度剖面，其中粉色区域表示钙钛矿薄膜的体相，浅蓝色区域表示玻璃基底。红色、蓝色、青色和黄色曲线分别显示了PEA、FA、Sn和Si物种的信号。c.p.s.表示每秒计数。  图3 | 器件性能和稳定性。a部分是器件结构和THPSCs的横截面扫描电子显微镜图像的示意图。b部分展示了冠军Cs0和Cs5器件在实验室中的J-V曲线（虚线，正向扫描；实线，反向扫描）和稳定的功率输出（插图）。Cs0和Cs5器件的最大功率输出分别在0.73V和0.85V处追踪。c部分是Cs0和Cs5器件的EQE图（实线和符号）和积分光电流响应（虚线）。d部分是不同Cs摩尔比例的THPSCs的统计PCE分布。统计数据来自不同批次的每种条件下的20个器件（须状图表示最大值和最小值；盒子的边界：第25和第75百分位数；中心：平均值）。e部分是之前报道的THPSCs的认证PCE值（补充表4）与本研究结果的比较。红色星星表示本研究的认证PCE。f部分是在35±5°C的N2中暗条件下未封装THPSCs的货架稳定性，持续6000小时（初始PCE：Cs0为12.73%，Cs5为16.39%）。g部分是在60±5°C的N2中，在开路状态下持续一个太阳光照下未封装THPSCs的操作稳定性，持续1500小时（初始PCE：Cs0为12.55%，Cs5为17.09%）。  图4 | 缺陷分析和载流子动力学。a部分是Cs0和Cs5 THP薄膜的稳态PL光谱，其中标注了发射峰的波长。b部分是Cs0和Cs5 THP薄膜的时间分辨PL衰减曲线。τavg表示平均载流子寿命。c部分是Cs0和Cs5 THP薄膜的估计电子（LeD）和空穴（LhD）扩散长度。τQ和τ0分别指的是有和无淬灭层的钙钛矿薄膜的估计平均载流子寿命。d部分是Cs0和Cs5 THP薄膜的Urbach能量（EU）图。hν表示光子能量；α表示吸收系数。e部分是Cs0和Cs5 THPSCs的Mott-Schottky图。C表示电容；Vbi表示估计的内置电位。f部分是不同蚀刻时间间隔的深度XPS剖面得出的Cs0和Cs5 THP体薄膜中Sn4+摩尔比例的变化，其中黄色、粉色和浅蓝色区域分别表示顶部表面、体薄膜和底部界面。  期刊：Nature Nanotechnology题目：Homogeneous 2D/3D heterostructured tin halide perovskite photovoltaics作者：Dongxu He, Peng Chen, Julian A. Steele, Zhiliang Wang, Hongyi Xu, Meng Zhang, Shanshan Ding, Chengxi Zhang, Tongen Lin, Felipe Kremer, Hongzhe Xu, engmeng Hao & Lianzhou Wang接受日期：First published: 16 April 2025原文链接：https://doi.org/10.1038/s41565-025-01905-4 或点击下文阅读原文 添加下方微信号，邀请您入群（请注明：姓名，学校）   关注发光材料与器件应用  |
