新研究揭秘：锡基钙钛矿何以让太阳能电池更环保且稳定

十余年来，全球科研人员始终致力于探索将有机金属钙钛矿半导体应用于光伏领域。其研究焦点主要聚集于含铅的钙钛矿太阳能电池。得益于不懈的努力，铅基钙钛矿太阳能电池的效率已从最初的 4%跃升至如今的 27%以上。

然而，这些材料仍存在诸多弊端。有毒的重金属铅令人忧心忡忡，半导体材料本身亦缺乏长久的稳定性。而一种无毒元素——锡，能够替代其结构中的铅。尽管当前锡基钙钛矿太阳能电池的效率远逊于铅基电池，但亥姆霍兹柏林材料与能源中心（HZB）研究小组负责人阿尔乔姆·穆西延科（Artem Musiienko）指出，这或许仅仅是因为对锡基钙钛矿的研究尚处于初始阶段。他着重强调：“从纯理论层面而言，锡基钙钛矿太阳能电池的效率甚至有可能超越铅基钙钛矿。”

发表于《美国化学会能源通讯》（《ACS Energy Letters》）的一项新研究——《在无二甲亚砜（DMSO）锡基钙钛矿太阳能电池中最小化离子损耗》，为更多关注锡基钙钛矿提供了极具说服力的论据。

迄至目前，钙钛矿太阳能电池稳定性欠佳的主要缘由之一，是材料中存在可移动的卤化物离子。随着卤化物离子的迁移，材料会逐渐降解，致使太阳能电池的效率随时间的推移而降低。

穆西延科的团队携手 HZB 的安东尼奥·阿巴特（Antonio Abate）团队以及波茨坦大学的费利克斯·朗（Felix Lang）团队开展了此项研究。他们对四种最为相关的钙钛矿成分进行了检测，并定量测定了材料中的离子密度和离子迁移状况。

穆西延科表示：“我们发现，锡基钙钛矿不仅移动离子浓度更低，而且其固有的降解速度比铅基钙钛矿慢五倍。”

这些锡基钙钛矿材料是在 HZB 的 Hysprint 实验室制造的。其中一种锡基钙钛矿采用二甲基亚砜（DMSO）溶剂合成，另一种则运用替代性的 N,N - 二甲基甲酰胺（DMF） - 1,3 - 二甲基 - 2 - 咪唑啉酮（DMI）溶剂。采用溶剂变体方法旨在避免因强 DMSO 配位引发的锡氧化，这一点在先前的多项研究中已得到证实。

事实上，他们发现铅基钙钛矿呈现出最高的离子密度。在铅锡混合物和锡基钙钛矿中，这一密度略低。而使用替代溶剂生产的锡基钙钛矿样品则带来了巨大的惊喜。

穆西延科团队的博士生左胜男（Shengnan Zuo）表示：“这着实出乎意料：这些甲脒碘化亚锡（FASnI3）太阳能电池的移动离子数量比铅基太阳能电池少十倍。我们还发现它们在运行期间展现出卓越的稳定性，持续时间超过 600 小时。”

穆西延科总结道：“我们坚信锡基钙钛矿蕴含着巨大的潜力，研究这些材料是一

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