在太阳能电池的广阔天地里，科学家们始终在探索更高效、更稳定的材料与技术，以期将更多的阳光转化为清洁的电能。近年来，全无机钙钛矿太阳能电池（IPTSCs）以其独特的优势和潜力，成为了研究领域的热门话题。今天，让我们一同走进一篇发表在《自然》杂志上的最新研究——《Durable all-inorganic perovskite tandem photovoltaics》，探索全无机钙钛矿叠层太阳能电池如何在耐用性与效率上实现双重飞跃。

**一、**研究背景

1. 研究问题：本文探讨了全无机钙钛矿串联太阳能电池（IPTSCs）的效率提升与稳定性问题，提出了一种新的配体演变（LE）策略，通过调节钙钛矿薄膜的形成过程来克服现有无机窄带隙（NBG）钙钛矿太阳能电池的效率瓶颈。

2. 研究难点：在制备2T IPTSCs时，存在薄膜形成不良和由于锡阳离子引起的深陷阱态等挑战，这些问题导致了器件性能的下降和稳定性不足。

3. 关键论点：

1. 采用PTSH作为配体，通过调节薄膜的结晶质量，显著提升了CsPb 0.4 Sn 0.6 I 3 :LE器件的光电转换效率（PCE）至17.41%。

2. 将该NBG子电池与1.92 eV的CsPbI 2 Br宽带隙子电池结合，形成的2T IPTSC展现出22.57%的最高效率。

3. 通过LE策略，器件在高温条件下表现出卓越的耐久性，65°C下可保持80%的初始效率。

4. 相关工作：之前的研究表明，采用有机阳离子的钙钛矿材料在稳定性和效率方面存在不足，而全无机钙钛矿材料在提高光电转换效率和耐久性方面展现出良好的前景。

二、研究方法

本文的研究方法主要围绕LE策略及其在钙钛矿薄膜制备中的应用展开：

1. LE策略：采用p-对甲苯磺酰肼（PTSH）作为配体，通过调节其在钙钛矿薄膜中的作用，促进了钙钛矿的结晶质量。PTSH在低温下与Pb²⁺/Sn²⁺阳离子形成配位复合物，调节薄膜的结晶过程。

2. 薄膜制备：通过调节PTSH的浓度，优化了CsPb 0.4 Sn 0.6 I 3 :LE薄膜的结晶质量，最终实现了最佳的光电转换效率。实验中PTSH的最佳浓度为4.0 mg/ml。

3. 电池结构：研究中使用了ITO/NiO x /钙钛矿/ZnO/PCBM/Ag的结构配置，确保了电池的高效性能。

三、实验设计

本文的实验设计包括以下几个方面：

1. 数据收集：通过对不同浓度的PTSH进行实验，收集了CsPb 0.4 Sn 0.6 I 3 :LE薄膜的光电性能数据。实验中使用的光照条件为模拟太阳光，强度为100 mW/cm²。

2. 样本选择：选择了不同的钙钛矿样本进行比较，包括未添加LE的控制样本和添加LE的样本，以评估其光电性能的提升。

3. 实验设定：在不同的温度下进行MPP跟踪实验，以评估器件的长期稳定性。实验结果表明，CsPb 0.4 Sn 0.6 I 3 :LE样本在65°C下经过1,510小时后仍保持80%的初始效率。

4. 参数配置：在实验中，使用了不同的PTSH浓度（0.8-4.0 mg/ml）进行薄膜制备，优化了钙钛矿薄膜的光电性能。

四、结果与分析

本文的实验结果表明，采用LE策略后，钙钛矿太阳能电池的性能显著提升：

1. 光电性能提升：CsPb 0.4 Sn 0.6 I 3 :LE器件的PCE达到17.41%，相比于未添加LE的控制器件提高了5.05%。

2. 稳定性分析：在高温条件下，CsPb 0.4 Sn 0.6 I 3 :LE样本的长期稳定性显著优于控制样本，后者在相同条件下仅保持37%的初始效率。

3. 结晶质量提升：通过GIWAXS和SEM图像分析，CsPb 0.4 Sn 0.6 I 3 :LE薄膜展现出更好的结晶质量和更大的晶粒尺寸，表明LE策略有效改善了薄膜的微观结构。

4. 电池性能对比：2T IPTSC的PCE达到22.57%，表现出优于单结电池的性能，表明串联技术在提高光电转换效率方面的潜力。

五、总体结论

本文通过采用配体演变策略，成功提升了全无机钙钛矿串联太阳能电池的效率和稳定性。研究结果表明，CsPb 0.4 Sn 0.6 I 3 :LE器件在光电转换效率和长期稳定性方面表现优异，展示了无机钙钛矿材料在太阳能电池领域的应用前景。未来的研究将进一步探索不同配体和材料组合，以推动钙钛矿太阳能电池的商业化应用。

六、论文点评

**（一）**优点与创新

1. 本文提出了一种新的配体演变（LE）策略，通过调节无机窄带隙（NBG）钙钛矿的薄膜形成，成功开发了高效的双端（2T）无机钙钛矿串联太阳能电池（IPTSCs），实现了22.57%的最高效率。

2. 研究展示了无机钙钛矿在光热稳定性和耐久性方面的显著优势，特别是在高温条件下保持了80%的初始效率，证明了其长期稳定性。

3. 通过优化钙钛矿的成分和结构，成功克服了锡离子引起的深陷阱态问题，提升了光电转换效率（PCE）和器件性能。

**（二）**不足与反思

1. 尽管本研究展示了LE策略的有效性，但对不同PTSH浓度的优化过程和具体机制的阐述仍显不足，可能影响结果的可重复性。

2. 本文未深入探讨LE策略在其他类型钙钛矿材料中的适用性，限制了其广泛应用的可能性。

3. 尽管在高温下表现出色，但在不同环境条件下（如湿度、光照强度等）的长期稳定性仍需进一步验证。

4. 文章中缺乏对比实验，未能充分展示与现有技术的性能差异，可能影响研究的说服力。

来源: 光伏大数据