近日，西安交通大学物理学院物质非平衡合成与调控教育部重点实验室杨志懋教授团队刘晓龙特聘研究员，联合华侨大学魏展画教授团队、山东大学陶绪堂教授团队及中国科学院化学研究所、曲阜师范大学等单位，在纯相准二维（Q-2D）与甲脒基三维（FA-3D）锡基钙钛矿异质结的制备与光电性能研究方面取得阶段性进展。相关成果以《晶体预溶解法制备多种纯相Q-2D与FA-3D锡基钙钛矿异质结》（Crystal Pre-Dissolved Method Fabricates Diverse Phase-Pure Q-2D and FA-3D Tin-Based Perovskite Heterojunctions）为题近日在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）发表。

锡基钙钛矿因其环境友好、吸收范围宽、载流子迁移率高等优势，被视为最具前景的无铅钙钛矿光伏材料之一。其中，甲胺基（MA）锡基钙钛矿在理论效率上优于甲脒基（FA）体系，但其稳定性低、重复性差，长期制约器件发展。准二维（Q-2D）锡基钙钛矿虽在稳定性上具有优势，却因不同n值的形成能相近，纯相薄膜制备困难，器件性能长期落后于三维体系。

图1 设计开发的二维与准二维（定n值）锡基钙钛矿单晶生长方法

针对上述难题，研究团队开发了基于预合成多晶材料的降温生长方法，成功制备了MA-3D、FA-3D及BEA-2D锡基钙钛矿多晶材料与块状单晶（图1），并以此为基础配制高纯度、高稳定性的前驱体溶液。团队系统研究了单体混合物、MASnI₃晶体、BEASnI₄晶体、MASnI₃+BEASnI₄混合晶体以及BEAMA₃Sn₄I₁₃晶体的前驱体溶液在组分、稳定性与润湿性方面的差异，发现采用BEAMA₃Sn₄I₁₃晶体制备的前驱体溶液具有最优的稳定性，在手套箱中放置一个月仍保持稳定。

在此基础上，团队开发了余热辅助旋涂法，利用晶体预溶解前驱体溶液制备出纯相MA-Q-2D（n=4）锡基钙钛矿薄膜，该薄膜具有大晶粒、致密表面、取向一致、高结晶度等优势，在氩气手套箱中可保持相纯度至少一个月。随后，团队进一步构建了多种纯相MA-Q-2D（n=2、3、4）/FA-3D异质结薄膜，其中MA-Q-2D（n=2）/FA-3D异质结展现出优异的结晶性的同时，抑制了载流子的非辐射复合，相比纯相FA-Q-2D（n=2）/FA-3D及FA-3D钙钛矿，具有更优的载流子性能（图2）。

图2  设计构筑的不同准二维/三维锡基钙钛矿异质结 

基于该异质结，团队制备了纯相MA-Q-2D（n=2）/FA-3D锡基钙钛矿太阳能电池，相比纯FA-3D器件，其光电转换效率（PCE）与稳定性均显著提升。其中，MA-Q-2D（n=2）/FA-3D异质结器件实现了14.33%的光电转换效率，开路电压达0.80 V，优于FA-Q-2D（n=2）/FA-3D器件的13.16%和0.74 V，且迟滞现象可忽略。在空气环境（相对湿度低于30%）下，封装器件在3000小时内展现出优异的稳定性。该结果被认为是MA基锡基钙钛矿光伏器件领域的重要突破。

西安交通大学物理学院为该论文第一完成单位，西安交通大学物理学院硕士生李茹、华侨大学陈静甫、广东以色列理工学院宋杰武为共同第一作者，刘晓龙特聘研究员、田成波教授、杨生春教授、杨志懋教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、教育部“111”计划、陕西省自然科学基金、陕西省数理研究院研究计划、西安交通大学青年拔尖人才计划等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.2026078828