碘被证明是破坏锡基钙钛矿的杀手物种

锡基钙钛矿在环境条件下的稳定性较差，限制了这种有前途的太阳能电池的发展。现在，伦敦帝国理工学院和巴斯大学的研究人员的一项研究揭示了影响这些设备的退化机制氧气和水分诱导形成碘这是一种侵略性的物种，会进一步毒害钙钛矿。此外，研究人员还发现了可以防止氧化的材料，这可能会激发新的太阳能电池设计，使其更环保、更稳定。¹

太阳能电池引领钙钛矿在效率方面超出了预期。然而，由于其毒性，化学家们正在远离这种金属。元素周期表中位于铅上面的元素是锡-已成为一种有前途的替代品，在无铅替代品中展示了最高的功率转换效率。此外，研究表明，虽然锡是有毒的，但它的生物利用度较低。如果发生泄漏，锡很可能氧化成不溶性的产物，对生物的影响将是最小的。²

“然而，这种容易氧化的倾向是一把双刃剑，”来自伦敦帝国理工学院的第一作者路易斯·兰泽塔解释道。“稳定性是锡基钙钛矿的主要问题，主要是由于材料暴露在空气和水分中时发生的氧化反应。“这些降解过程的机理目前只知道一部分，现在研究人员结合x射线衍射、光谱学和计算计算来填补空白。”

他们很快就发现了一种可疑物质——碘。兰泽塔解释说:“这种元素通常在锡钙钛矿中作为反离子存在。”氧和水会将锡(II)降解为不活跃的锡(IV)盐，但它们也会形成不需要的碘化合物，如碘化氢和分子碘。他说:“我们发现这个物种进一步触发锡(II)氧化成锡(IV)盐，形成一个恶性循环，不断分解钙钛矿。”

“稳定钙钛矿中的锡(II)仍然是一个挑战，因为锡(IV)物种的高稳定性，”解释说玛丽亚·安东尼塔·洛伊他是荷兰格罗宁根大学的锡基钙钛矿专家。“这篇论文阐明了碘在这一过程中的作用，并提供了一个非常清晰的途径来解释降解反应——这些信息对未来的设计非常有价值。”

除了揭示碘的阴暗面，研究人员还注意到选择正确的材料来支持钙钛矿的重要性。“钙钛矿太阳能电池具有三明治状结构，”解释道赛义夫Haque他是伦敦帝国理工学院(Imperial College London)的研究负责人之一。“我们有导电玻璃、空穴传输器、钙钛矿、电子传输器，然后是金属接触器。研究小组发现，空穴转运体——一种带正电荷的材料——是防止退化的关键。

他们比较了几种常用的空穴转运体——氧化镍、硫氰酸铜和聚合物混合物PEDOT:PPS——并观察到聚合物在保护锡不被氧化方面表现出色。哈克补充说:“这表明，进一步探索三明治中某些成分的作用可能会导致更高效、更稳定的锡钙钛矿太阳能电池。”Loi解释说:“每个人都使用PEDOT:PPS作为空穴传输材料，它与锡太阳能电池的效果非常好。”她补充说:“这项研究强调了界面层的重要性，也许其他人会开始寻找更好的空穴和电子传递材料。”

洛伊认为真正的突破在于揭示碘的有害特性。她说:“在制造电池时，钙钛矿通常会被加热，这会向环境中释放卤素，可能会污染设备。”研究小组发现，即使是350ppm的碘也会引发降解。

“锡钙钛矿越来越受欢迎，”哈克说。“我们希望这些新发现能进一步提高人们对它们的认识，让更多的人开始采用它们作为一种绿色、高效的铅替代品。”