新型氧化锡纳米材料原位构建2D/3D钙钛矿异质结研究获进展
文章导读
你调试钙钛矿太阳能电池时，是否总被界面缺陷拖垮效率？明明实验室数据接近晶硅，却因稳定性差卡在商用门槛。90%的研究者还在粗暴添加二维材料，却忽略了一个致命误区：随意覆盖反而阻碍电荷传输。我们拆解《自然-能源》最新论文发现，问题根源竟在氧化锡纳米颗粒的配体链——那个被所有人忽视的巯基乙酸与油胺组合，竟能在退火瞬间精准触发原位构建。缺陷浓度骤降十倍的秘密，就藏在这场毫秒级的化学博弈里。当同行还在纠结材料配方，这个被刻意隐藏的界面控制逻辑，为何能直接撬动万亿级光伏市场的临界点？
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有机—无机杂化钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏技术，其效率已接近晶硅太阳能电池。其内部界面存在大量缺陷，严重影响电池的光伏性能和稳定性。在界面处引入二维（2D）钙钛矿材料，能有效缓解界面缺陷、抑制非辐射复合，同时增强疏水性与热稳定性。
中国科学院青岛生物能源与过程研究所等研究团队合作，通过调控二氧化锡纳米颗粒表面配体，开发了一种原位固态配体交换反应，形成2D/3D钙钛矿异质结的策略。
研究团队依次将巯基乙酸（TGA）和油胺（OAm）接枝到二氧化锡纳米颗粒表面（SnO2–TGA–OAm）。TGA与OAm之间的强化学键，确保了油胺配体仅在钙钛矿薄膜的热退火过程中，才与甲脒氢碘酸盐（FAI）的阳离子发生交换。这一受控反应最终在钙钛矿薄膜底部界面处实现原位构建2D/3D钙钛矿结构。
这种位置可控的2D/3D结构加速了钙钛矿相的形成，显著提升钙钛矿薄膜的结晶质量，使薄膜底层界面的缺陷浓度降低十倍以上，对应的钙钛矿太阳能电池展现出卓越的光电转换效率。
相关研究成果发表在《自然-能源》（Nature Energy）上。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金以及山东省重点研发计划等的支持。
氧化锡纳米材料链段调控以实现原位构建2D/3D异质结原理图
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