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有机-无机卤化物钙钛矿材料因其优异的光电性能在光伏领域受到广泛关注。然而，钙钛矿材料中含有的对环境和人体有害的重金属铅阻碍了其商业化进程。锡具有与铅相同的外层电子结构和相近的离子半径，能形成同类型的三维钙钛矿结构，并具有更理想的光学带隙，最有希望替代铅基钙钛矿并获得更好的光伏性能。

目前，锡基钙钛矿太阳能电池已经获得了超过14%的记录效率。然而，现阶段锡基钙钛矿太阳电池的研究也面临着诸多严峻挑战。相较于铅基钙钛矿而言，锡基钙钛矿薄膜的结晶过程显得更加难以控制，薄膜形貌更差，易形成无序晶粒产生许多三维缺陷。这些缺陷有利于氧气和水分的侵蚀，大大的降低了器件的性能和稳定性。
此外，锡基钙钛矿材料本身也极易被氧化产生Sn空位，导致严重的非辐射复合损失和电压损失。目前却少有研究同时兼顾了上述两个方面的问题，大多都只单方面的考量了如何抑制Sn²⁺氧化或调控结晶。

南昌大学/江西师范大学陈义旺教授、谈利承教授团队发现在前驱体溶液中引入乙酸（HAc）可以同时起到调控结晶过程和抑制Sn²⁺氧化的作用。乙酸的引入可以降低前驱体溶液的过饱和浓度，预先形成预成核团簇，诱导快速成核，从而有效的调节了锡基钙钛矿结晶动力学。

此外，HAc中含有的氢离子（H⁺）营造的酸性氛围有利于保证Sn²⁺的相对稳定，乙酸根离子（Ac^-）的缺陷钝化作用也对Sn²⁺的氧化有一定的抑制作用。HAc与钙钛矿组分之间的氢键作用大大降低了钙钛矿组分的损耗，保证了相应薄膜的I^-/Sn²⁺化学计量比接近理论值，从而有效降低缺陷密度，保持了完美的晶体晶格。

HAc辅助的锡基PVSCs实现了12.26%的最佳光电转换效率（PCE），开路电压高达0.75 V。此外，即使在氮气环境中储存3000小时后，未封装的器件也能保持初始PCE的近90%。该策略使我们能够制备具有较低缺陷密度和晶格畸变的高质量锡基钙钛矿薄膜。

图1 (a) 示意图: 乙酸(HAc)对结晶动力学调控和结晶质量改善的影响。(b) 不同体积HAc添加的钙钛矿前驱体溶液的光学照片。(c) 动态光散射(DLS)测量了钙钛矿前驱体溶液的胶体尺寸。(d) 不同HAc浓度下SnI₂薄膜的XRD谱图。

图2 (a) 含不同量HAc的钙钛矿薄膜的SEM图和 (b)XRD图。(c-f) 不同HAc含量的钙钛矿薄膜的应力测试。(g) 2θ-Sin²(Ψ)的线性拟合。

该研究工作以《Acetic Acid-Assisted Synergistic Modulation of Crystallization Kinetics and Inhibition of Sn²⁺ Oxidation in Tin-d Perovskite Solar Cells》为题在期刊《先进功能材料》上发表。本文第一作者为南昌大学硕士研究生苏洋，共同第一作者为南昌大学博士研究生杨嘉。通讯作者为南昌大学/江西师范大学陈义旺教授以及南昌大学谈利承教授。