Angew. Chem. ：通过多齿螯合策略修复钙钛矿结构缺陷使无铅钙钛矿太阳电池的复合损失最小化

金属卤化物钙钛矿太阳电池（PSCs）由于其高效率、低成本和可溶液加工等特点备受关注。学术界和工业界纷纷入局钙钛矿光伏赛道，旨在实现更环保及实用的新一代光伏产品。迄今为止，PSCs的光电转换效率（PCEs）已经从3.8%提升到25.7%。然而，高性能PSCs均含有毒性铅（Pb）元素，这无疑会制约PSCs的大规模商业化应用。环境友好型的锡（Sn）基钙钛矿凭借其与Pb基钙钛矿媲美的光电性质，被认为是最有前景的无铅光电材料候选者之一。然而，溶液法制备的Sn基钙钛矿薄膜中存在多达12种类型的深能级和浅能级缺陷，导致了严重的载流子非辐射复合，从而降低器件的开路电压(Voc)、填充因子(FF)和光电转换效率。目前为止，研究者们对Sn基钙钛矿中复杂的缺陷形态仍然缺乏全面的了解和应对策略。

近日，中山大学吴武强教授团队联合南昌大学陈义旺教授团队开发了一种新颖的由内向外的结构缺陷修复策略，通过将新型的具有多齿官能团的生物相容性GAA分子引入Sn基钙钛矿中，协同钝化多种深能级缺陷，从而最大限度地减少由缺陷引起的非辐射复合损失，成功构筑了高效稳定的Sn基PSCs。

本工作深入研究了Sn基钙钛矿薄膜中Sn相关和I相关的深能级缺陷，并确认了Sn_I反位缺陷在Sn基钙钛矿的缺陷分布中占主导地位。研究表明，GAA中的C=O基团可以与未配位的Sn配位，而邻近的N-H也可以通过氢键与SnI₆^4-八面体的I-相互作用，可以不同程度地提高VSn、V_I、Sn_I和I_Sn的缺陷形成能（DFE）。研究表明GAA对Sn钙钛矿薄膜中多种类型的Sn相关和I相关缺陷具有全方位的钝化作用。

值得一提的是，GAA“多合一”的化学修饰策略还可以进一步调节结晶动力学，抑制晶格畸变，调节2D/3D钙钛矿的相分布，优化载流子传输动力学。最终，基于GAA修饰策略制备得到的Sn基PSCs效率实现了13.70%的光电转换效率。冠军电池具有0.93 V的高Voc，对应0.47 V的超低电压损失。同时，该目标器件显示出优异的长期稳定性，在N2环境中储存1200小时后，仍能保持其初始PCE的93%。本研究为深入了解Sn基钙钛矿中各种类型的深层缺陷形态和形成趋势提供新的见解，并突出了全方位缺陷钝化对制备高效、稳定、无铅、环保光伏器件的意义。

论文信息

Multidentate Chelation Heals Structural Imperfections for Minimized Recombination Loss in Lead-Free Perovskite Solar Cells

Gengling Liu, Yang Zhong, Wenhuai Feng, Meifang Yang, Guo Yang, Jun-Xing Zhong, Tian Tian, Jian-Bin Luo, Junlei Tao, Shaopeng Yang, Xu-Dong Wang, Licheng Tan, Yiwang Chen*, Wu-Qiang Wu*

本文第一作者是中山大学化学学院博士研究生刘庚灵，通讯作者为中山大学吴武强教授和南昌大学陈义旺教授。本课题得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金项目以及中山大学中央高校基本科研经费项目等项目的支持。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202209464