近年来，基于铅的有机/无机杂化钙钛矿材料受到了极大的关注，成为太阳电池研究的热点，光电置换效率达到23%。然而，这类离子型的钙钛矿材料极易溶于水并释放有毒的铅离子，会对环境带来严重污染，因而可能制约着其进一步的大范围推广应用。目前，环境友好的锡的钙钛矿受到人们重点关注。这主要因为锡和铅是同族元素，具有相同的外层电子结构和相近的离子半径，能形成三维钙钛矿结构，表现优异的光学和半导体性能。同时，锡钙钛矿具有相对小的带宽（如CH3NH3SnI3, Eg=1.3 eV）和高的本征载流子迁移率，理论上具有更高的光电流和光电转化效率。然而，与铅钙钛矿相比，锡钙钛矿电池的最高光电转化效率较低。制约锡钙钛矿电池光伏性能主要源于锡钙钛矿薄膜中二价锡的氧化（Sn2+/Sn4+: E0=0.15eV；Pb2+/Pb4+:1.67eV）。这类锡钙钛矿前驱体碘化亚锡（SnI2）原料本身容易氧化；另外，在器件制备以及使用过程中锡钙钛矿也可能产生氧化。氧化产生的四价锡导致锡钙钛矿薄膜过度P-型掺杂，增加载流子复合几率。另外，与铅钙钛矿不同，锡钙钛矿在溶液涂布过程中容易结晶，钙钛矿薄膜覆盖度低，影响器件的光伏性能。
基于前期在固-气反应制备铅钙钛矿的研究基础上（Adv. Mater., 2018, 30, 1804454；J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 17867），近期，中国科学院化学研究所绿色印刷重点实验室采用二步法制备锡钙钛矿电池。首先合成一维的锡钙钛矿HAPbI3 (HA=N2H4+)，溶液旋涂制备HAPbI3膜；然后，在甲胺气氛下通过固-气反应转变为三维锡钙钛矿MASnI3 (MA=CH3NH3+)。由于这种一维钙钛矿前驱体具有良好的成膜性，固-气反应后的三维锡钙钛矿薄膜在二氧化钛基底上具有很好的覆盖度。在这个有机阳离子置换过程中，由内部置换产生的肼气体可以有效地原位还原薄膜内部可能存在的四价锡。与传统的溶液一步法比较，采用目前的二步法，锡钙钛矿薄膜的成膜性得到明显地改善，同时薄膜中四价锡的浓度得到显著降低。利用这种锡钙钛矿薄膜作为光吸收层，采用典型的二氧化钛介孔钙钛矿电池结构(FTO glass/compact TiO2 layer/mesoporous TiO2 layer/MASnI3/PTAA/Au)，二步法锡钙钛矿电池在一个标准太阳光下的光电转化效率达到7.13%。
相关结果发表在Angewandte Chemie International Edition 上。
该论文作者为：Fengzhu Li, Chaoshen Zhang, Jin-Hua Huang, Haochen Fan, Huijia Wang, Pengcheng Wang, Chuanlang Zhan, Cai-Ming Liu, Xiangjun Li, Lian-Ming Yang, YanLin Song, Ke-Jian Jiang
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
A Cation-Exchange Approach for the Fabrication of Efficient Methylammonium Tin Iodide Perovskite Solar s
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201902418
（本稿件来自Wiley）
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