软物质科学与工程高精尖创新中心谭占鳌课题组提出一种调控氧化能垒的创新策略，利用1,1'-双(二苯基膦)二茂铁金属配合物的低氧化能垒防止二价锡被氧化，同时金属配合物的氧化产物亦可钝化空位缺陷，协同减少 Sn 空位，最终制备了效率分别为23.5%的锡铅钙钛矿太阳电池以及26.4%的四端叠层太阳电池。

窄带隙锡铅（Sn-Pb）钙钛矿太阳电池（PerSC）具有实现更高理论极限效率的潜力，且其理想的带隙特性使其成为叠层钙钛矿太阳能电池的理想候选材料。然而，二价锡离子特殊电子结构以及易氧化性极大地制约了Sn-Pb PerSC的性能。如何减少钙钛矿薄膜中Sn空位的生成，抑制p型自掺杂和非辐射复合现象，对于提升Sn-Pb PerSC效率和稳定性至关重要。

图1 窄带隙钙钛矿中氧化能垒的调控以及缺陷的钝化机制

本研究利用了1,1'-双(二苯基膦)二茂铁金属配合物与氧气反应时具有的低氧化反应能垒特性，保护二价锡被氧化，有效抑制了p型自掺杂效应。同时，该金属配合物的氧化产物具有与锡离子和铅离子的配位能力，可以用于钝化空位缺陷，显著降低了钙钛矿薄膜中的缺陷密度。凭借这些优势，本研究最终成功制备了效率高达23.5%的单结锡铅钙钛矿太阳电池（验证效率23.38%），以及效率达到26.4%的四端叠层太阳电池。这项工作证明了金属配合物在锡铅钙钛矿中保护二价锡不被氧化以及进行缺陷钝化的重要作用，亦为构建高性能的窄带隙钙钛矿太阳电池及叠层太阳电池提供了有益参考。

图2 钙钛矿单结及叠层太阳电池的器件性能

该工作以“Redox Energy Barrier Management for Efficient Tin-Lead Perovskite Solar Cells”为题发表在《国家科学评论》（National Science Review）期刊上，第一作者为北京化工大学软物质科学与工程高精尖创新中心博士毕业生何漳伟以及瑞典林雪平大学王锋副教授，通讯作者为北京化工大学材料科学与工程学院于润楠副教授、软物质科学与工程高精尖创新中心谭占鳌教授以及瑞典林雪平大学高峰教授。本研究工作得到了国家自然科学基金项目以及中央高校基本科研项目的资助。

文章信息：

Zhangwei He, Feng Wang, Yiman Dong, Yuling Zhang, Runnan Yu, Feng Gao and Zhan’ao Tan, Redox Energy Barrier Management for Efficient Tin-Lead Perovskite Solar Cells. 2025, nwaf097

原文链接： https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf097