近日，中国科学院深圳先进技术研究院碳中和所成会明院士，深圳理工大学材料科学与能源工程学院白杨副教授联合英国萨里大学教授张伟，在Science Advances上发表最新研究成果，创新性提出硫醚配位调控策略，从结晶动力学根源上解决了窄带隙锡铅钙钛矿组分不均与Sn2+易氧化的核心难题。基于该策略制备的全钙钛矿叠层太阳能电池实验室效率达29.44%，第三方认证效率28.84%，器件运行稳定性较传统器件提升3倍以上，为全钙钛矿叠层光伏技术商业化应用提供了关键支撑。

从“被动修补”到“主动调控”破解窄带隙钙钛矿先天缺陷

窄带隙锡铅（Sn-Pb）钙钛矿是全钙钛矿叠层电池的“底电池”核心材料，但它存在两大短板：

一、材料组分分布不均。Sn2+反应活性远高于Pb2+，结晶过程中优先成核导致Sn/Pb空间分布不均，诱发缺陷态与相分离；

二、容易氧化变质。Sn2+极易被氧化为Sn4+，加速钙钛矿分解，直接导致器件效率与稳定性双衰减。

过去行业里的解决办法都属于“事后补救”：要么额外加抗氧化物质，要么在材料表面做钝化涂层，治标不治本，没法从根源解决结晶不均、易氧化的问题。本次研究中，团队另辟蹊径，揭示了问题的核心根源在于结晶初期的动力学失衡：Sn2+更强的路易斯酸性和更低的溶解度使其成核速率远快于Pb2+，导致薄膜“先天”组分不均。基于这一发现，团队设计了含硫醚基团的多功能配体S-烯丙基-L-半胱氨酸（SALC），实现对结晶过程的“主动调控”。

其核心作用机制分为三个关键维度

一、推动锡/铅钙钛矿生长同步：SALC分子中的硫醚、羧基和氨基基团协同作用，优先与SnI2形成强配位（结合能显著高于PbI2），从而延缓锡基钙钛矿的成核速率，平衡锡与铅的结晶速率。

二、实现锡/铅空间均匀分布：得益于结晶动力学的平衡，飞行时间二次离子质谱和掠入射X射线衍射直接证明，SALC修饰的薄膜在整个深度范围内锡/铅比例均匀，而对照薄膜呈现锡富集表面和体相组分差异。

三、抑制Sn2+氧化并减少内部缺陷：SALC的多位点配位提高了Sn2+的氧化能垒（HOMO能级下移），XPS结果表明Sn4+含量从38.82%降至11.1%。同时，均匀结晶减少了晶界和体相缺陷，空间电荷限制电流测试显示缺陷密度降低约50%。

团队的这一举措同时解决了“结晶速率不一致”“成分不均”和“材料易氧化”三大难题，实现了一举三得。

性能与稳定性双突破为产业化铺平道路

研究团队对该策略进行了系统验证。以SALC为空穴传输层（实际为添加剂）制备的窄带隙（1.25eV）锡铅单结钙钛矿太阳能电池获得22.99%光电转换效率，处于同类器件领先水平。当集成至全钙钛矿叠层太阳能电池后（宽带隙顶电池为1.77eV），叠层冠军器件实现29.44%的实验室效率（认证效率28.84%，稳定输出28.46%），认证开路电压2.169V，短路电流16.25 mA cm⁻²，填充因子81.97%，在同类型钙钛矿叠层电池里属于顶尖水准。

在稳定性方面，团队分三组实验直观对比了改良前后的电池寿命：

氮气避光环境：改良后的未封装窄带隙单结器件存放近4800小时后，还保留88%初始效率；普通电池只剩66%；改良后未封装叠层器件存放3720小时仍保有92%效率，对照组仅77%；
在一个太阳光强下持续照射：持续运行420小时后，封装叠层器件依旧保持近90%发电效率；普通电池仅156小时发电量就跌到60.93%。

该研究不仅首次通过分子配位设计实现了锡铅钙钛矿的均一成核和锡氧化抑制，更系统阐明了“配位调控结晶—组分均匀化—缺陷抑制—稳定性提升”的协同作用机制，给钙钛矿电池研发提供全新通用模板。SALC的多功能基团设计和普适性配位策略，有望推广至其他钙钛矿组分和器件体系，为下一代高效稳定钙钛矿叠层光伏技术提供了全新的材料设计范式。

中国科学院深圳先进技术研究院原博士后和丽鹃为论文第一作者，白杨、张伟及成会明为共同通讯作者。

原文链接

配体分子调控锡铅钙钛矿结晶的表征。（A）核磁共振光谱；（B）红外光谱；（C）XRD图；（D）原位PL光谱；（E）原位吸收光谱；（F）TOF-SIMS图；（G）XPS光谱；（H-I）GIXRD曲线

器件性能与稳定性表征。（A）窄带隙冠军器件J-V曲线；（B）窄带隙冠军EQE曲线;（C）储存稳定性；（D）叠层冠军器件J-V曲线；（E）叠层器件EQE曲线；（F）第三方认证效率；（G）稳定功率输出（SPO）；(H）储存稳定性；（I）叠层MPPT稳定性对比