首页/火星注册注册/首页总结了低维（LD） Sn基钙钛矿的结构多样性和结晶动力学，进一步阐明其构效关系。

　　2.介绍了多样的有机间隔阳离子对低维Sn基钙钛矿结构、载流子特性和太阳能电池的影响。

　　作为新一代太阳能电池，有机-无机混合钙钛矿太阳能电池（PSC）因其优异的性能和易于制造而备受关注。尽管在四氯乙烯方面取得了显著进展，但商业化的最大挑战之一是铅（Pb）的毒性，铅对环境有毒，受国际废物处置条例的约束。锡（Sn）是最有希望取代铅成为钙钛矿的候选元素，因为与铅相比，锡具有低毒性、相似的化学性质和原子半径。此外，Sn基钙钛矿也是一种直接带隙半导体，具有高光吸收系数、窄带隙、小激子结合能以及高载流子迁移率的特性。

　　然而，Sn基PSC的PCE仍然大大落后于Pb基PSCs。阻碍Sn基PSC发展的主要原因有两个。首先，在空气中（甚至在氮气气氛中）将Sn2+氧化为稳定的Sn4+物种的可行性导致许多Sn空位，导致牺牲电荷载流子转移的大p掺杂浓度。此外，Sn的最外层s轨道的电子活性高于Pb与路易斯酸的电子活性，表明SnI2与路易斯碱（如碘化甲胺（MAI）和碘化甲脒（FAI））的反应快于PbI2在溶解过程中不可控制的晶体生长（由快速结晶引起）通常产生质量差的Sn基钙钛矿薄膜。然而，三维（3D）钙钛矿的底层结构本质上没有改变。因此，开发更合适的策略对于提高Sn基钙钛矿和器件稳定性至关重要。

　　低维（LD）Sn基钙钛矿具有高的形成能和疏水性，显示出显著增强的空气稳定性，并在LD钙钛矿太阳能电池（PSC）中得到了广泛的研究。随着对LD-Sn基PSC研究的不断增长，需要系统分析和协调复杂的稳定性机制，以制备高性能的LD-Sn基PSCs。在这篇Chem综述中，中国科学院化学所宋延林团队&郑州大学张懿强团队首先概述了LD-Sn基钙钛矿的结构特征，并重点讨论了各种有机间隔阳离子对LD-Sn基钙钛矿结构、载流子性能和太阳能电池的影响。然后，我们讨论了目前对提高LD-Sn基钙钛矿薄膜性能的广泛结晶动力学的理解，从而为推广太阳能电池应用的各种策略提供了广泛的机会。最后，讨论了高效稳定的LD-Sn基PSC的当前挑战和未来研究前景。

　　二维（2D）基于Pb的钙钛矿表现出比传统的3D钙钛矿高得多的稳定性，因为有机间隔阳离子的形成能量和疏水性被广泛用于提高器件稳定性。二维钙钛矿的典型化学式是（A）m(A）n−1BnX3n+1，其中A是有机间隔阳离子（二价，m = 1或单价，m = 2），A是小铵阳离子（FA：CH3NH3+或MA：HC（NH22+），B是金属阳离子（Pb2+或Sn2+），X是卤素阴离子（Cl−，Br−或I−），n是一个整数，代表角共享的数量[BX6]4−八面体。纯二维钙钛矿通常是指n = 1的相位，不适合光伏应用，高n值（n = 2, 3, 4, ∙∙∙ ）钙钛矿相具有出色的稳定性和高光伏特性是本文研究的重点。目前，基于LD-Pb的PSC的PCE已超过20%，稳定性远远领先于相应的3D钙钛矿器件。受这种创新结构的启发，基于LD-Sn的钙钛矿也逐渐探索用于太阳能电池应用。

　　基于LD-Pb的钙钛矿类似，基于LD-Sn的钙钛矿结构通常还包含Ruddlesden-Popper（RP）、Dion-Jacobson（DJ）和层间隙（ACI）类型的交替阳离子。主要决定这种晶体结构的是有机间隔阳离子的大小、形状和质子化能力。LD-RP钙钛矿采用（RNH3）2(A)n−1BnX3n+1的通用化学式，其中RNH3+是单价脂肪族或芳香烷基铵阳离子。LD-DJ钙钛矿在化学上与LD-RP相不同，因为两个间隔阳离子层被单个二胺间隔阳离子层取代，公式为（NH3R′NH3）（A）n-1BnX3n+1。二胺间隔阳离子通过末端氨基团锚定在钙钛矿板上，以保持可忽略不计（0，0）平面内位移的结构稳定性。LD-ACI钙钛矿具有两种不同的ACI，公式为（R′′）（A）nBnX3n+1，将LD-RP钙钛矿的化学式与LD-DJ钙钛矿的结构特性相结合。

　　通常，LD钙钛矿中的有机间隔阳离子通常包含不同的官能团，如双键、羧基、哌啶、咪唑和含有氮或硫的杂环。有机间隔阳离子的多样性导致LD钙钛矿结构的多样化，并投入了大量精力合成和制备基于LD-Sn的钙钛矿，以制造高性能PSC。

　　LD-Sn基钙钛矿的载流子行为分别受到量子限制、介电限制和结构畸变的影响。通常，可以通过增加钙钛矿层（大n值相）来抵抗量子限制。介电限制通常通过引入具有大介电常数的有机配体来减弱，这减少了与钙钛矿板的介电差异。抑制结构变形是一项复杂的工程。配体特性、光、温度和磁场对晶格畸变有很大影响。改善载流子特性是促进LD-Sn基PSC发展的一个系统和有前景的策略。

　　为了进一步提高锡基太阳能电池的性能，揭示钙钛矿薄膜中相的形成、取向和定位的深层机理是优化器件性能的关键。不幸的是，SnI2与 MAI/FAI 的快速结合使得锡基钙钛矿比铅基钙钛矿更难获得良好的薄膜形貌。在这方面，有迫切需要更多地关注薄膜制造，并已报道了一些有趣的研究。本文从溶剂工程、添加剂工程和配体调控三个方面系统地总结了 LD-Sn 基钙钛矿薄膜的结晶动力学研究。

　　溶剂和添加剂工程强调了3D钙钛矿洁净的重要性，通过优化结晶工艺，可以调节薄膜的结晶质量和晶体取向，以实现高效稳定的LD-Sn基钙钛矿电池。其中溶剂工程是钙钛矿薄膜结晶动力学和优化薄膜性能的重要方法。通过反溶剂的使用，成核位点显著增加，并控制生长速率得出晶粒尺寸小单均匀的薄膜。添加剂工程对LD-Sn基钙钛矿薄膜的结晶也同样有重要的影响。离子液体作为间隔阳离子、路易斯碱基、氢键等结构通过调节结晶动力学，也可以得出高质量的FASnI3薄膜。

　　有机配体同样可以调节LD-Sn基钙钛矿的成膜。研究结果表面，对于晶体生长不完全、薄膜形貌差、结晶过程复杂、结晶过程不可控等问题，链长较短的有机间隔阳离子更有利于稳定的晶体生长和有序的相分布。混合有机间隔阳离子的协同作用、氟取代基等通过H键、π-π相互作用等均会对薄膜的稳定性产生影响。配体在LD钙钛矿结晶过程中的作用是多方面的。质子化配体作为胶体离子的尺寸影响所制备的LD钙钛矿薄膜的相分布。此外，配体与钙钛矿层（或溶剂）之间的强相互作用可导致不同路径的结晶演化并调节晶粒取向。同时，配体之间的相互作用也对结晶行为产生影响。因此，配体的多功能性也是LD-Sn基钙钛矿薄膜结晶动力学的主要替代更新。

　　在这篇综述中，作者概述了LD-Sn基钙钛矿在光伏领域的最新进展，阐明了结构多样性和结晶动力学，并进一步总结了材料本征性质、电荷转移行为和膜形态特征以及光伏性能之间的构效关系。基于LD-Sn的PSC的PCE没有遵循预期的增长（类似于3D-Sn基PSC），这甚至远低于基于LD-Pb的PSCs（超过20%）。主要原因是仍然缺乏对这些柔性材料系统的物理和化学性质的系统理解。这是从材料设计到应用的“黎明前黑暗”。最近的研究主要集中在从薄膜到器件制造工艺的优化探索LD-Sn基钙钛矿，关于LD-Sn基钙钛矿材料本身缺乏对材料最终结构和性能校准的探针。此外，提高Sn基钙钛矿材料和器件的性能还存在一些其他挑战，如Sn2+的氧化、量子和介电限制、晶体结构畸变、导致陷阱态密度增加的快速结晶、薄膜的多相结构等。

　　随着LD-Sn基钙钛矿系统的复杂性逐渐增加，需要材料合成、结构优化、光学性能和器件物理的跨学科集成，以实现LD-Sn基PSC的改进材料性能和高性能。为此，以下问题值得考虑：

　　1 ）、开发单晶合成的新方法。单晶分析是破译不同间隔阳离子是否能形成稳定的LD-Sn基钙钛矿的一种不可或缺的方法。此外，单晶信息可以校准后续膜的组成，以确保配体可以有效地参与LD-Sn基钙钛矿结构的形成，而不是仅用作添加剂或其他组分。

　　2 ）、探索结构-属性关系。除了需要大量的合成工作外，还需要对LD-Sn基钙钛矿晶体（纯单晶）的基本物理和结构-性能关系进行表征。当新的间隔阳离子加入到LD-Sn基钙钛矿中时，由于钙钛矿框架的异常柔软和柔性，结构变化，甚至从一种结构到另一种结构的细微变形，可能会影响物理性能。与结构相关的物理性质，包括电荷分布、能带结构、激子-声子耦合、量子限制效应和自旋-轨道耦合，需要进一步探索，以阐明LD-Sn基钙钛矿的结构-性能关系。该机制可为后续薄膜和太阳能电池的制备和性能优化提供有力的指导。

　　3 ）、平衡PSC的高效率和高稳定性。本质上，具有低n值的LD钙钛矿相具有高的形成能，但光学性能较差。相反，高n值钙钛矿相具有优异的光学性能，但不稳定。因此，应考虑LD-Sn基PSC的稳定性和高性能之间的权衡。抑制高n值相的形成可能是获得高效和稳定的LD-Sn基PSC的有效手段。通过功能性有机配体和/或先进制备工艺将形成能控制在一定范围内是调节相分布的有效方法。

　　4 ）、调节晶格应变。结构变化在LD钙钛矿中很常见，因为大体积配体改变了原子堆叠。预计应变将扭曲钙钛矿带，改变有效载流子质量，影响载流子迁移率，并调整激子结合能。在结构上，应变程度取决于有机阳离子的横截面积。这为通过配体设计优化晶格应变制备具有优异光学性能的LD-Sn基钙钛矿提供了平台。此外，温度、照明和外部磁场的变化将扰动晶格应变，这可用于通过在操作期间施加这些条件来改善LD-Sn基PSC的性能。尽管有时通过施加外部条件来缓解晶格应变，但这可以保证器件在特定条件下的高性能运行。

　　5）、挑选合适的器件结构。随机成核导致LD-Sn基钙钛矿薄膜的多相（不同的LD钙钛矿n值）结构。这种离散的能带分布带来具有一定方向性的电荷分离。众所周知，随着n值的增加，LD钙钛矿相的导带（价带）向低能（高能）方向移动。该构造允许电子从低n相转移到高n值相，以及空穴从高n相转移至低n相。因此，当LD-Sn基钙钛矿的高n值相分布在底层（靠近衬底）且低n值相占据上部（远离衬底）时，电子传输层应位于钙钛矿层下方（正置n-i-p结构）。如果LD-Sn基钙钛矿的高n值相位于上部，而低n值相分布在底部，则电子传输层应位于钙钛矿层上（倒置p-i-n结构），这可以确保有效的载流子提取。有时，相分布特性并不特别明显，传输层和器件结构的选择应根据LD-Sn基钙钛矿特性（如功函数）确定。

　　为加强科研合作，我们为海内外科研人员专门开通了钙钛矿科创合作专业科研交流微信群。加微信群方式：添加编辑微信pvalley2019，备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群。

　　特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。

　　CCTV5不转 2大平台直播NBA洛杉矶德比湖人VS快船，詹姆斯PK哈登？

　　打入资本主义国家的老领导们去世，是否限制党员出口

　　财联社11月2日电，美国国会众议院议长约翰逊表示，寻求通过临时性拨款措施，从而让美国政府继续运转至2024年1月份。

　　理想10月交付新车40422辆同比增长302.1% 首次突破四万辆大关

　　网易测评 左右幸福床垫新品双睡感PRO轻松上市，多重黑科技让健康睡眠再加buff ！