鉛基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)的功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)目前已經(jīng)超過(guò)25%，然而鉛對(duì)人類(lèi)和環(huán)境都有毒性。獲得穩(wěn)定的無(wú)鉛鈣鈦礦材料、薄膜和器件仍然是一個(gè)未解決的問(wèn)題。因此，為了推進(jìn)PSCs的商業(yè)化應(yīng)用，探索高穩(wěn)定性的貧鉛甚至無(wú)鉛的鈣鈦礦吸收材料是當(dāng)務(wù)之急。 錫與鉛具有相似的離子半徑和外部電子構(gòu)型(ns2np2)，錫或錫-鉛基鈣鈦礦具有穩(wěn)定的相結(jié)構(gòu)和較高的載流子遷移率。它們的帶隙在1.2-1.4 eV的范圍內(nèi)，根據(jù)Shockley-Queisser (SQ)極限，這是單結(jié)太陽(yáng)能電池的最佳帶隙。近年來(lái)，在金屬鹵化物鈣鈦礦中加入錫和鉛，對(duì)進(jìn)一步提高PSCs的效率和降低其毒性具有巨大的前景。雖然采用強(qiáng)還原性表面錨定兩性離子分子或調(diào)整能帶結(jié)構(gòu)可使Sn-Pb PSCs的效率顯著提高到21.7%，但Pb與Sn的摩爾比通常為50:50或40:60。鉛含量低時(shí)，Sn-Pb鈣鈦礦膜的電子無(wú)序度高，覆蓋率低。為抑制Sn2+氧化，需要至少40%的鉛含量和還原性添加劑，特別是在溶液態(tài)，即使在惰性氣氛中也會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的p型自摻雜和較大的復(fù)合損失(低VOC)。一旦Sn4+被基本消除，p型陷阱復(fù)合損失就被解決了。因此，低帶隙Sn-Pb鈣鈦礦不再需要很多鉛。PSCs的穩(wěn)定性也是能否商業(yè)化的決定性因素。高效的Sn-Pb PSCs (PCE > 20%)均使用超過(guò)30%的揮發(fā)性甲銨(MA)陽(yáng)離子，極大地限制了鈣鈦礦的穩(wěn)定性。銫甲脒基低帶隙鈣鈦礦材料具有更好的光和熱穩(wěn)定性。然而，迄今為止，無(wú)MA Sn-Pb PSCs的性能仍落后于含MA的器件，VOC均在0.80 V以下，主要是結(jié)晶質(zhì)量差造成的。因此需要實(shí)施新的策略來(lái)提高無(wú)MA Sn-Pb PSCs的效率。華東師范大學(xué)方俊鋒教授課題組最近在減少鉛和甲胺在鈣鈦礦中的使用取得了進(jìn)展，成果以Lead-lean and MA-free perovskite solar cells with an efficiency over 20%發(fā)表在Joule上。
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