北大实力名不虚传！今年这个领域发完AM、AM子刊，再发Matter

成果简介

12月10日，北京大学的卞祖强和刘志伟老师在Matter杂志上发表一篇文章，这已经是他们今年发表的第三篇大文章，把锡钙钛矿效率提高到了13.4%（认证效率12.38%）¹；前两篇分别是今年6月发表的Advanced Materials²和7月发表的Solar RRL³，效率分是11.4% （认证效率10.82%）和9.48%。他们似乎找到了屠龙宝刀，能不断刷新效率。

Matter: 13.4%最高效率

钙钛矿太阳能电池效率从2009年的3.8%一直飙升到今年的25.5%，连续几年霸占顶刊，独领风骚。目前，铅钙钛矿效率已经很难突破，而铅元素也是令人头疼的商业化障碍，而锡比较环保，而且锡钙钛矿电池的效率还很低，发展空间大，就成为了目前比较受欢迎的研究领域。

核心亮点：高效率，高稳定性。

这篇Matter报导了目前最高效率的锡钙钛矿太阳能电池，效率为13.4%，图3c的内嵌小图是稳态输出效率，为12.4%左右，而且具有非常优异的长期稳定性，持续光照输出可以达到300小时。

核心策略：添加混合卤素的盐酸苯肼盐。

作者采用了两种盐酸苯肼盐：溴盐（PHCl-Br）和氯盐（PHCl）。荧光表征发现，溴盐能够稳定荧光光谱，如图5B所示，20小时后光谱没变化；共聚焦激光显微图也表明溴能够稳定锡钙钛矿的相。

作者解释这是因为溴离子能够抑制碘离子移动，通过计算也发现加入溴离子能够提高稳定性。作者还发现单纯的溴离子添加并不能够抑制相分离，只有在苯肼离子同时添加的时候，二者结合才能有效抑制离子迁移，从而提高稳定性。

屠龙宝刀：盐酸苯肼；核心数据：11.4%。

这篇AM是今年6月份发表，效率比Matter低，只有11.4%，但策略几乎一致，加入盐酸苯肼。作者通过加入不同含量的盐酸苯肼，找到了比较合适的掺杂量。当加入5%的盐酸苯肼之后，发现其荧光寿命较长，效率最高。

核心技能：盐酸苯肼还原Sn⁴⁺成Sn²⁺。

作者将锡钙钛矿太阳能电池放到空气中，300小时以后放回手套箱，发现加了5%盐酸苯肼的器件效率还能恢复，而不加盐酸苯肼的器件则失效。这个恢复的操作可以多次执行，具有很好的可重复性。通过XPS表征表明，加了盐酸苯肼之后，Sn⁴⁺可以被还原成Sn²⁺，这是因为肼分子具有非常强成还原性，能够屠杀容易氧化的Sn⁴⁺。

实力雄厚，一年三篇

AM子刊：Solar RRL。

他们在FASnI₃中加入烯丙胺盐，加入之后可以有效提高晶粒的结晶度和取向性，并有效提高了电荷的传输，优化的器件效率达到9.48%。2020年7月文章发表在Solar RRL上³。

厚积薄发

追溯他们的文章发现，一年三篇的实力并不是偶然，他们在锡钙钛矿领域已经耕耘多年。

混合阳离子调控：8.12%效率⁴。

早在2017年，他们就进军锡钙钛矿，他们采用混合阳离子调控锡钙钛矿质量，当FA:MA=3:1时，钙钛矿效率可以达到8.12%，电压为0.61 V。

除了肼分子，他们在2018年创造性地在前驱液里加入锡粉来抑制氧化⁵。

如图所示，他们在99%纯度的SnI₂前驱液中加入锡粉，能够有效地把前驱液颜色从红棕色还原成淡黄色。这是个简单的歧化反应：Sn⁴⁺+Sn=2Sn²⁺。有效又廉价，文章在2018年发表，目前已经被引用63次。

最后，对锡钙钛矿感兴趣的，可以看他们2019年的综述⁶，学习屠龙刀法。

参考文献

1. Wang, C.; Zhang, Y.; Gu, F.; Zhao, Z.; Li, H.; Jiang, H.; Bian, Z.; Liu, Z., Illumination Durability and High-Efficiency Sn-Based Perovskite Solar Cell under Coordinated Control of Phenylhydrazine and Halogen Ions. Matter 2020.

2. Wang, C.; Gu, F.; Zhao, Z.; Rao, H.; Qiu, Y.; Cai, Z.; Zhan, G.; Li, X.; Sun, B.; Yu, X.; Zhao, B.; Liu, Z.; Bian, Z.; Huang, C., Self-Repairing Tin-Based Perovskite Solar Cells with a Breakthrough Efficiency Over 11. Adv Mater 2020, 32 (31), 1907623.

3. Zhao, Z.; Gu, F.; Wang, C.; Zhan, G.; Zheng, N.; Bian, Z.; Liu, Z., Orientation Regulation of Photoactive Layer in Tin‐Based Perovskite Solar Cells with Allylammonium Cations. Solar RRL 2020, 4 (10).

4. Zhao, Z.; Gu, F.; Li, Y.; Sun, W.; Ye, S.; Rao, H.; Liu, Z.; Bian, Z.; Huang, C., Mixed-Organic-Cation Tin Iodide for Lead-Free Perovskite Solar Cells with an Efficiency of 8.12%. Advanced Science 2017, 4 (11), 1700204.

5. Gu, F.; Ye, S.; Zhao, Z.; Rao, H.; Liu, Z.; Bian, Z.; Huang, C., Improving Performance of Lead-Free Formamidinium Tin Triiodide Perovskite Solar Cells by Tin Source Purification. Solar RRL 2018, 2 (10), 1800136.

6. Gu, F.; Zhao, Z.; Wang, C.; Rao, H.; Zhao, B.; Liu, Z.; Bian, Z.; Huang, C., Lead‐Free Tin‐Based Perovskite Solar Cells: Strategies Toward High Performance. Solar RRL 2019, 3 (9).

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