胶体无铅钙钛矿纳米晶由于其合成简单、尺寸可调、具有良好的光电性能以及对商业应用毒性小或无毒性等优点，近年来受到广泛关注。迄今为止，具有最高效率的无铅钙钛矿太阳能电池（PSC）的钙钛矿成分中始终包含锡（Sn）。然而，由于其高度的不稳定性，将Sn整合到空间受限的纳米晶体（NCs）中的研究很少。Sn²⁺（钙钛矿结构中的B位）在环境条件下会迅速氧化为Sn⁴⁺，此外，表面空位的高密度导致锡基PNC的光致发光量子产率（PLQY）低。锗（Ge）作为另一种很有前途的无铅候选材料，是一种耐缺陷、无毒的半导体，然而目前研究还很有限。

近日，芬兰坦佩雷大学Paola Vivo报道了率先通过一种简便且低成本的解决方法来合成全无机Ge合金的CsSnI₃钙钛矿纳米晶体（Sn-PNCs）。

文章要点

1）在以往热注射法制备Sn-PNCs的基础上，研究人员开发了一条合成CsSn_xGe_1-xI₃ NCs的改进反应路线。利用等摩尔比的SnI2和GeI2，在预期的化学计量比（即x=0.5）中用Ge原子取代Sn原子的一半。在纯化过程之前，注入温度对形成稳定的SnGe-PNC至关重要，温度应在240 ℃以上。在Sn/Ge卤化物源的前驱体中注入油酸Cs后，SnGe-PNCs的颜色突然从透明橙色变为深棕色，反应时间3s后没有观察到进一步的颜色变化，表明SnGe-PNCs的形成具有极快的反应动力学特征，与传统的Pb-PNCs相似。

2）EDS分析阐明了SnGe-PNCs的化学计量比。研究发现，Sn和Ge的元素比例变为2：1，这意味着，Ge原子实际取代Sn原子的比例接近40%。因此，研究人员在化学计量中指定x=0.6，将CsSn_0.6Ge_0.4I₃作为最终组成。

3）新型的CsSn_0.6Ge_0.4I₃钙钛矿纳米晶（SnGe-PNCs）与对比的Sn-PNCs相比，具有显著的光学和光物理性能。Ge的引入也有效地提高了CsSn_0.6Ge_0.4I₃的稳定性。此外，纳米结构中的Ge原子部分取代Sn原子，可以有效地填补Sn空位密度高的缺陷，减少表面陷阱，从而延长激子寿命，改善PLQY。

4）使用CsSn_0.6Ge_0.4I₃纳米晶的PSCs的PCE(4.9%)比使用CsSnI₃纳米晶的PSCs(3.1%)提高了近60%。

Maning Liu, et al, B-Site Co-Alloying with Germanium Improves the Efficiency and Stability of All-Inorganic Tin-Based Perovskite Nanocrystal Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed.

DOI：10.1002/anie.202008724

https://doi.org/10.1002/anie.202008724