近日，我校物理学院杨枫博士与河南大学李萌教授合作，依托河南省光伏材料重点实验室平台，在锡卤化物钙钛矿太阳能电池领域取得新进展，相关成果以“High-Stable Lead-free Solar Cells Achieved by Surface Reconstruction of Quasi-2D Tin-based Perovskites”为题，以Research Article形式在国际材料顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）上发表。
卤化锡基钙钛矿成为铅基钙钛矿最具潜力的替代品之一。然而，由于Sn(II)阳离子的5s电子更具活性，使Sn(II)阳离子更容易被氧化。在锡基钙钛矿薄膜的制备过程中，B位的Sn(II)阳离子容易失去其5s电子，暴露于任何氧化源，如氧、水分子或具有氧化特性的溶剂，都易被氧化成Sn(IV)；另一方面，由于钙钛矿的费米能级明显低于电子接触的费米能级，这种不受控制的氧化还原反应尤其容易出现在钙钛矿膜的上表面。因此，锡基钙钛矿环境稳定性较差，对氧、湿度和温度特别敏感，已经成为锡基太阳能电池应用的重大挑战。
图. 经PhDMADBr处理前后钙钛矿薄膜表层与水分子作用的动力学演化过程及其物性改良效果
针对上述问题，河南师范大学杨枫博士与河南大学李萌教授、德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心李桂香博士、上海同步辐射光源苏圳煌博士等团队合作，引入一种新的多功能分子，1,4-苯基二甲基二溴铵二胺(phDMADBr)，在锡基钙钛矿膜表面形成单分子保护层。phDMADBr与钙钛矿表面的强相互作用改善了电子转移，钝化了不配位的Sn(II)，并增强了对水和氧的抗性。原位GIWAXS分析证实了准二维相的热稳定性增强，从而提升钙钛矿的整体稳定性，在10% RH湿度N2环境下保持90%以上原始效率达200小时以上。本实验提出了一种钙钛矿表面重构的新方法，以提高锡基钙钛矿器件的工作稳定性，为推进无铅光电应用提供了一种策略。
本文章以河南师范大学为第一单位，杨枫博士为第一作者，河南大学李萌教授，上海同步辐射光源苏圳煌博士和德国亥姆赫兹实验室李桂香博士为通讯作者。本工作得到了在中国博士后科学基金会、欧洲研究理事会和河南师范大学的大力支持。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202308655?af=R
DOI：10.1002/adma.202308655
（物理学院 杨枫 于坤）