武汉大学，今日Nature！

一、【导读】

过去十年中，有机金属卤化物钙钛矿材料（ABX₃）已成为光伏技术中吸光材料有前途的选择。为了实现单结太阳能电池的窄带隙（NBG），以及全钙钛矿串联的子电池，在 1.1~1.4 eV的范围内，铅（Pb）和锡（Sn）可以在B位金属离子中合金化。然而，由于Sn的易氧化性，制备高效稳定的NBG锡铅（Sn-Pb）钙钛矿太阳能电池（PSCs）仍然是一个巨大的挑战，导致p型自掺杂、载流子寿命短和器件性能下降。为了解决这个问题，研究者已经提出了各种策略，包括在器件制造过程中使用多种添加剂，以提高混合Sn-Pb PSC的性能，通过优化NBG混合Sn-Pb亚电池和宽带隙（WBG）子电池，实现了全钙钛矿串联电池的创纪录性能。然而，单结Sn-Pb PSC的性能仍有很大提高的空间，这最终决定了全钙钛矿串联的上限。

二、【成果掠影】

在此，武汉大学方国家教授和柯维俊教授等人（共同通讯作者）聚焦窄禁带亚电池，并为它们开发了一种多合一的掺杂策略。具体来说，作者将天冬氨酸（AspCl）引入底部聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸酯）和块状钙钛矿层，然后进行AspCl后处理。结果表明，单一的AspCl添加剂可以有效地钝化缺陷，降低Sn⁴⁺杂质和费米能级的偏移。此外，AspCl-Sn/Pb碘化物和AspCl-AspCl的强分子键可以增强Sn-Pb钙钛矿的结构，从而提高其稳定性。最终，在Sn-Pb钙钛矿太阳能电池中AspCl掺杂后，单结电池的功率转换效率为22.46%，串联电池的功率转换效率为27.84%（27.62%稳定，27.34%认证），在装满氮气手套箱储存2000小时后保持率为95%。这些结果表明，多合一AspCl掺杂是提高单结Sn-Pb钙钛矿太阳能电池及其串联器件效率和稳定性的有利策略。

相关研究成果以“Aspartate all-in-one doping strategy enables efficient all-perovskite tandems”为题发表在Nature上。

三、【核心创新点】

1.单一的AspCl添加剂可以有效地钝化缺陷，降低Sn⁴⁺杂质和费米能级的偏移。同时，AspCl-Sn/Pb碘化物和AspCl-AspCl的强分子键可以增强Sn-Pb钙钛矿的结构，从而提高其稳定性。

2.在Sn-Pb钙钛矿太阳能电池中AspCl掺杂后，单结电池的功率转换效率为22.46%，串联电池的功率转换效率为27.84%（27.62%稳定，27.34%认证），在装满氮气手套箱储存2000小时后保持率为95%。

四、【数据概览】

图1 NBG Sn-Pb钙钛矿中AspCl的制备及机理© 2023 Springer Nature

图2 NBG Sn-Pb钙钛矿薄膜的表征© 2023 Springer Nature

图3 单结NBG Sn-Pb PSC的性能© 2023 Springer Nature

图4 2T全钙钛矿叠层太阳能电池的性能© 2023 Springer Nature

五、【成果启示】

综上所述，本文开发了一种Sn-Pb PSCs的多合一掺杂方法，将手性天冬氨酸（AspCl）分子掺入底部聚（3,4-乙烯二氧噻吩）-聚（苯乙烯磺酸酯）PEDOT：PSS（PEDOT）、中间钙钛矿吸光层（Bulk）和顶部封盖层（POST）中。Cl^-阴离子抑制碘空位的形成，氨基与I^-配位减少陷阱状态并抑制碘离子迁移，羧基与Pb、Sn离子配位，抑制钙钛矿分解。此外，在钙钛矿薄膜和钙钛矿/底孔传输层（HTL）和钙钛矿/顶盖层的界面中，两个AspCl分子中的氨基和羧基可以通过分子间氢键相互结合。因此，这种AspCl掺杂策略为钙钛矿创造了一个内部分子锁，可以有效地钝化表面缺陷，提高器件稳定性。

文献链接：“Aspartate all-in-one doping strategy enables efficient all-perovskite tandems”（Nature，2023，10.1038/s41586-023-06707-z）

本文由材料人CYM编译供稿。