钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其高功率转换效率(PCE)和低制造成本而受到学术界和工业界的广泛关注。窄带隙混合锡铅(Sn-Pb)卤化物和宽带隙混合碘溴(I-Br)钙钛矿材料的集成,带隙范围为 1.2-1.3 eV 和 1.7-1.8 eV,组装技术兼容的全钙钛矿串联器件,显示出巨大的潜力,有望超过单结电池的效率极限。 然而,锡铅卤化物钙钛矿中锡(II)的氧化会导致钙钛矿晶体结构内部和表面产生不可逆的缺陷态,对器件的性能和稳定性产生严重的负面影响。尽管许多研究报道了混合锡-铅卤化物钙钛矿中锡(II)氧化的抑制作用,但关于锡(II)如何在前驱体溶液中发生氧化的机理信息仍然缺乏,特别是在 DMSO 的参与方面。 近日,青岛科技大学的周忠敏教授课题组报导了利用密度泛函理论(DFT)揭示了在DMSO参与下的SnI2的氧化历程。此外,加入苯甲醛肟(BZHO)通过Alder-Ene反应与氧发生反应并且与SnI2的氧化形成竞争关系,从而有效地抑制了锡(II)的氧化,实现高效混合锡铅钙钛矿太阳能电池和全钙钛矿叠层太阳能电池。
DFT理论计算表明SnI2与DMSO配位并与单线态氧发生反应,导致Sn4+产物的产生(图A)。采用了竞争分子的策略设计来减轻氧化。为此,选择了能够与氧发生Alder-Ene反应的苯甲醛肟(BZHO)作为有前途的竞争者,可以与SnI2竞争与氧反应,从而有效地减少Sn2+氧化(图B, C)。 最终,BZHO的加入使混合Sn-Pb PSCs的效率高达23%以上,并显示出更高的长期稳定性。此外,经过BZHO处理的全钙钛矿串联器件的效率超过26%。该策略为高性能全钙钛矿叠层太阳能电池的开发提供了重要的理论和实验指导。 论文信息 Alder-Ene Reaction-Mediated Suppression of Tin(II) Oxidation for Efficient Tin-Lead Perovskite Solar Cells Wenjian Yan, Mingzhe Zhu, Prof. Feifei Xin, Prof. Zhongmin Zhou 文章的第一作者是青岛科技大学的硕士研究生闫文健和博士研究生朱明哲。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202409072