攻克錫氧化難題，創(chuàng)造綠色太陽(yáng)能電池新紀(jì)錄

錫基鈣鈦礦因低毒性成為鉛基太陽(yáng)能電池理想替代品，但Sn2+易氧化為Sn4+導(dǎo)致器件性能快速衰減，特別在UV照射下問題更加嚴(yán)重。蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院王照奎教授團(tuán)隊(duì)在《Advanced Materials》發(fā)表突破性研究，開發(fā)出4-巰基苯甲酸（4-MBA）再生氧化還原循環(huán)策略。該技術(shù)利用UV光觸發(fā)4-MBA分子再生，持續(xù)將Sn4+還原為Sn2+，同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙位點(diǎn)缺陷鈍化。最終錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率達(dá)到15.15%，在模擬晝夜循環(huán)測(cè)試中1100小時(shí)內(nèi)保持100%初始效率，氮?dú)猸h(huán)境儲(chǔ)存5000小時(shí)后仍維持92%效率。

Fig. 5g 展示了未封裝器件在模擬晝夜循環(huán)最大功率點(diǎn)追蹤 (MPPT) 測(cè)試下的效率變化曲線

Fig. 5f 呈現(xiàn)了未封裝器件在惰性氮?dú)猸h(huán)境下儲(chǔ)存 5000 小時(shí)后的性能維持情況

QFLS量化4-MBA非輻射復(fù)合抑制效果

準(zhǔn)費(fèi)米能階分裂（QFLS）測(cè)量成為評(píng)估4-MBA策略效果的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。透過(guò)光致發(fā)光量子效率（PLQY）和QFLS值的定量分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)經(jīng)4-MBA處理的薄膜PLQY從對(duì)照組的1.9%大幅提升至5.1%，相應(yīng)的QFLS值從1.076 eV增加到1.101 eV。這項(xiàng)數(shù)據(jù)直接證明了4-MBA策略能顯著抑制非輻射復(fù)合，預(yù)示器件開路電壓的提升潛力。QFLS結(jié)果與薄膜級(jí)表征高度一致，進(jìn)一步確認(rèn)了4-MBA處理對(duì)薄膜質(zhì)量的顯著改善效果。

Fig. 5c 展示了有無(wú)經(jīng)過(guò) 4-MBA 處理的純鈣鈦礦薄膜的光致發(fā)光量子效率（PLQY）和準(zhǔn)費(fèi)米能階劈裂（QFLS）的變化曲線

Enlitech的QFLS-Maper準(zhǔn)費(fèi)米能階分裂檢測(cè)儀器提供優(yōu)秀的分析能力，可在3秒內(nèi)完成QFLS影像分析，2分鐘內(nèi)預(yù)測(cè)材料效率極限。系統(tǒng)整合QFLS、iVOC、Pseudo J-V、PLQY、EL-EQE等多項(xiàng)參數(shù)測(cè)量，為研究人員提供快速、全面的非輻射復(fù)合損失評(píng)估與材料潛力預(yù)測(cè)方案。

動(dòng)態(tài)循環(huán)機(jī)制：UV觸發(fā)的持續(xù)還原策略

4-MBA的核心創(chuàng)新在于動(dòng)態(tài)循環(huán)還原機(jī)制。4-MBA中的巰基（─SH）自發(fā)將Sn4+還原為Sn2+，同時(shí)形成4,4′-二硫代苯甲酸（DTBA）。關(guān)鍵突破是在UV照射下，DTBA的二硫鍵會(huì)光解重新生成4-MBA，建立持續(xù)循環(huán)系統(tǒng)。此反應(yīng)具強(qiáng)大熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力（標(biāo)準(zhǔn)電位E° = ?0.95 V vs +0.15 V），確保自發(fā)進(jìn)行。同時(shí)，4-MBA實(shí)現(xiàn)雙位點(diǎn)缺陷鈍化：羧基與FA+配位，巰基與Sn2+配位。表征數(shù)據(jù)證實(shí)效果：烏爾巴赫能量從54.55 meV降至40.05 meV，電子和電洞陷阱密度分別降低至6.2×10^15和1.15×10^16 cm^-3，載流子壽命延長(zhǎng)至19.37 ns。

Fig.1a: 描繪了 4-MBA 的再生氧化還原循環(huán)過(guò)程

性能驗(yàn)證：J-V與EQE雙重確認(rèn)

J-V曲線測(cè)量結(jié)果全面驗(yàn)證了4-MBA策略的優(yōu)異效果。優(yōu)化后的錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)15.15% PCE的杰出效率，開路電壓0.95 V、短路電流密度22.51 mA/cm2、填充因子70.86%。對(duì)比未處理對(duì)照組（PCE 12.82%、VOC 0.90 V），所有關(guān)鍵參數(shù)均顯著提升。外部量子效率（EQE）測(cè)量進(jìn)一步驗(yàn)證了光電轉(zhuǎn)換能力，積分電流密度22.32 mA/cm2與J-V測(cè)量的JSC值高度吻合，證實(shí)了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和材料在不同波長(zhǎng)下的優(yōu)異吸收轉(zhuǎn)換效率。

Fig. 5d 顯示了性能的目標(biāo)器件與對(duì)照器件的 J-V 特性曲線。這張圖表直接呈現(xiàn)了器件的光電轉(zhuǎn)換效率 (PCE) 及相關(guān)參數(shù)。

Fig. S21 呈現(xiàn)了有無(wú) 4-MBA 處理的器件的 EQE 光譜及其對(duì)應(yīng)的積分光電流。

Enlitech SS-LED220 長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試的推薦方案

針對(duì)類似本研究的長(zhǎng)期穩(wěn)定性驗(yàn)證需求，推薦使用Enlitech SS-LED220 Class A++可調(diào)光譜LED太陽(yáng)光模擬器。對(duì)于需要進(jìn)行1100小時(shí)晝夜循環(huán)MPPT測(cè)試或數(shù)千小時(shí)儲(chǔ)存驗(yàn)證的研究團(tuán)隊(duì)，SS-LED220具備顯著技術(shù)優(yōu)勢(shì)：LED光源壽命超過(guò)10,000小時(shí)，可提供Class A++時(shí)間穩(wěn)定性（照度不穩(wěn)定性<0.5%），特別適合數(shù)百至數(shù)千小時(shí)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究。

系統(tǒng)的0-100%全范圍照度控制功能可維持光譜穩(wěn)定性，有助于獲得類似本研究中15.15% PCE、0.95 V VOC等精確J-V參數(shù)。可編程自動(dòng)快門控制功能可支持自動(dòng)暗電流測(cè)量，為復(fù)雜長(zhǎng)期測(cè)試提供便利。

綠色光伏技術(shù)的重大進(jìn)展

4-MBA再生氧化還原循環(huán)策略成功解決了錫基鈣鈦礦的核心技術(shù)難題。該方法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵突破包括：UV光觸發(fā)的動(dòng)態(tài)再生機(jī)制確保還原劑持續(xù)供應(yīng)，克服了傳統(tǒng)方法中還原劑逐漸耗盡的問題；雙位點(diǎn)缺陷鈍化從根本上改善了材料穩(wěn)定性。研究結(jié)果顯示，15.15%的效率搭配1100小時(shí)100%效率保持率，證明了錫基鈣鈦礦在無(wú)鉛太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的實(shí)用性。

這種創(chuàng)新循環(huán)策略同樣適用于其他易氧化金屬鹵化物鈣鈦礦系統(tǒng)，為解決類似穩(wěn)定性問題建立了可行的技術(shù)路線。隨著環(huán)保法規(guī)日趨嚴(yán)格，該技術(shù)為鉛基太陽(yáng)能電池的替代方案提供了具體的實(shí)施路徑，推進(jìn)無(wú)毒高效太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

文獻(xiàn)參考自Advanced Materials_DOI: 10.1002/adma.202514719

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