一、研究背景与挑战
铅基ペロブスカイト太阳能电池（PSCs）效率已突破26%，但铅的毒性问题推动研究者寻找无铅替代方案。锡（Sn）基ペロブスカイト因低毒性成为理想选择，但其核心瓶颈在于Sn²+易被氧化为Sn⁺+，导致器件性能快速衰减，尤其在UV光照下问题更加严峻。传统还原剂策略虽能抑制氧化，但还原剂在持续运行中逐渐消耗，抗氧化能力不断减弱，无法支撑长期运作。
二、双位点缺陷钝化与动态循环机制
苏州大学王照奎教授团队设计了一种创新策略——4-巯基苯甲酸（4-MBA）再生氧化还原循环。该分子同时携带巯基（─SH）和羧基（─COOH），实现双位点缺陷钝化：羧基与FA+配位，巯基与Sn²+配位，从根本上抑制Sn²+氧化。
更重要的突破在于UV触发的动态再生机制：巯基将Sn⁺+还原为Sn²+，同时生成4,4'-二硫代苯甲酸（DTBA）；在UV照射下，DTBA的二硫键光解，重新生成4-MBA，建立持续循环的还原系统。该反应具有强大热力学驱动力（标准电位 E° = −0.95 V vs +0.15 V），确保反应自发持续进行。
图1：4-MBA再生氧化还原循环机制——巯基将Sn⁴⁺还原为Sn²⁺并生成DTBA；UV照射下DTBA二硫键光解，重新生成4-MBA，建立持续自循环
三、器件性能验证
J-V曲线测量全面验证了4-MBA策略的优异效果。优化后的锡基ペロブスカイト太阳能电池实现15.15% PCE，开路电压0.95 V、短路电流密度22.51 mA/cm²、填充因子70.86%。相比未处理对照组（PCE 12.82%、VOC 0.90 V），所有重要参数均显著提升。
外部量子效率（EQE）测量进一步确认，积分电流密度22.32 mA/cm²与J-V测量值高度吻合，证实数据准确性及材料在不同波长下的优异吸收转换效率。
图2：锡基ペロブスカイト太阳能电池综合器件性能——a,b) 阻抗谱与 Mott-Schottky 分析；c) PLQY 与 QFLS 量化对比；d) 冠军器件 J-V 曲线；e) MPPT 运行稳定性；f) 储存稳定性；g) 昼夜循环 MPPT 稳定性
图2（续）：优化器件与对照器件的J-V特性曲线——4-MBA处理后PCE从12.82%显著提升至15.15%；EQE积分JSC达22.32 mA/cm²
四、QFLS表征与载流子动力学
准费米能级分裂（QFLS）是量化4-MBA策略效果的核心指标。经4-MBA处理后，薄膜PLQY从对照组1.9%大幅提升至5.1%，相应QFLS值从1.076 eV增至1.101 eV。该数据直接证明4-MBA策略显著抑制非辐射复合，预示器件开路电压的进一步提升潜力。
乌尔巴赫能量从54.55 meV降至40.05 meV，电子和空穴陷阱密度分别降至6.2×10¹⁻和1.15×10¹⁼ cm⊃−3，载流子寿命延长至19.37 ns，全面证明薄膜质量改善效果。
图3：锡基ペロブスカイト薄膜载流子动力学综合表征——a) 稳态PL光谱；b) 掠入射XRD；c) 乌尔巴赫能量；d) SCLC陷阱态密度；e) UPS能级；f) TRPL微分寿命；g) PL Mapping；h) PL强度空间分布
图4：UV光照下锡基ペロブスカイト薄膜的原位稳定性——a,b) 对照组与目标组原位PL热图；c) UV-vis吸收光谱随时间变化；d) 氮气气氛下的原位XRD；e) Sn 3d XPS分析；f) Sn⁴⁺氧化比例随时间变化；g) 30天后IPA提取液UV-vis吸收光谱
五、长期稳定性验证
锡基ペロブスカイト的最大实用瓶颈在于稳定性。4-MBA策略在此交出亮眼答卷：模拟昼夜循环MPPT测试1100小时后，未封装器件保持100%初始效率；氮气环境储存5000小时后，仍维持92%初始效率。UV触发的动态再生机制确保还原剂持续供应，克服了传统方法中还原剂逐渐耗尽的核心问题，从根本上解决了锡基ペロブスカイト的稳定性挑战。
图5：锡基ペロブスカイト薄膜表面电势与陷阱密度——a) KPFM表面电势成像；b,c) 对照组与目标组老化前后电势分布；d) DLCP陷阱密度深度剖面；e) tDOS陷阱态密度；f) DLCP与tDOS积分面积对比