在探索提升钙钛矿太阳能电池（PSCs）长期光稳定性与热稳定性的途径中，采用无机阳离子（诸如Cs+）替换有机阳离子（例如甲基铵MA+和甲脒FA+）以制备全无机钙钛矿，已成为一项富有成效的策略。在此背景下，全无机钙钛矿串联太阳能电池（IPTSCs）作为有望突破效率极限并克服稳定性难题的候选技术，备受瞩目。然而，2T IPTSCs的制造进程仍面临锡阳离子诱导的薄膜成型不佳及深陷阱态等挑战。本研究通过引入对甲苯磺酰肼（PTSH）的配体交换（LE）策略，有效调控了薄膜形成并清除了无机窄带隙（NBG）钙钛矿中的深陷阱，从而成功开发出2T IPTSCs。
具体而言，我们利用PTSH的独特性质——相较于多数肼类化合物，它被视为一种绿色配体。如图1a所示，PTSH中的肼基团倾向于与Pb²⁺/Sn²⁺形成配合物，进而精细调控钙钛矿晶体的生长过程。此外，PTSH还原生成的产物对甲苯磺酸（PTSA）能够继续与Pb²⁺/Sn²⁺配位，有效钝化钙钛矿的表面及边界。通过在钙钛矿前驱体溶液中添加不同浓度的PTSH，我们观察到随着PTSH浓度的提升，钙钛矿溶液的氧化速率显著减缓。
在优化带隙方面，我们发现无机CsPb₁₋ₓSnxI₃（x≥0.4）钙钛矿在串联太阳能电池（TSCs）中作为NBG吸收层展现出巨大潜力。为此，我们制备了一系列不同NBG组成的CsPb₁₋ₓSnxI₃（0.8≥x≥0.4）PSCs，器件结构为ITO/NiOx/钙钛矿/ZnO/PCBM/Ag，以深入探究其光电性能（图1b）。结果显示，所有添加了LE策略的CsPb₁₋ₓSnxI₃器件效率均较对照组有显著提升，尤以CsPb₀.₄Sn₀.₆I₃体系最为突出。
以带隙为1.31 eV的CsPb₀.₄Sn₀.₆I₃ PSC为例，图1c展示了在模拟空气质量（AM）1.5G光谱照射下，有无LE策略的最优CsPb₀.₄Sn₀.₆I₃器件的电流密度-电压（J-V）曲线。相较于未采用LE策略的CsPb₀.₄Sn₀.₆I₃ PSC（效率为12.36%），采用LE策略的CsPb₀.₄Sn₀.₆I₃器件实现了显著提升，效率高达17.41%，同时展现出0.82 V的开路电压（Voc）、28.86 mA/cm²的短路电流密度（Jsc）及73.66%的填充因子（FF）。经优化，PTSH的最佳使用浓度确定为约4.0 mg/mL。
本研究不仅揭示了PTSH多重作用促进无机NBG钙钛矿生长的具体机理，还为开发高效率且稳定的IPTSCs提供了宝贵的参考与启示。
第一作者：Chenghao Duan通讯作者：Keyou Yan通讯单位：华南理工大学DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08432-7
