综述：半导体应用中的智能纳米材料：能源存储与生物传感技术的最新进展

这篇综述通过计算模拟系统研究了基于Cs2SnI6的无铅、稳定、无毒全无机双钙钛矿太阳能电池（PSCs），筛选出WS2/SrCu2O作为最佳电荷传输层组合，优化后器件效率（PCE）达28.43%，为环境友好型光伏技术提供了设计范式。

　　

引言

能源危机与环境污染推动了对硅基太阳能电池替代材料的研究。钙钛矿材料（ABX₃结构）因其高吸光系数、长载流子扩散长度等特性成为焦点，但铅基钙钛矿的毒性和有机组分的稳定性问题制约其发展。Cs₂SnI₆作为Sn⁴⁺基双钙钛矿，凭借强Sn-I键和1.2-1.62 eV可调带隙，展现出优异的空气稳定性，但其效率长期低于25%，主要受限于电荷传输与界面复合损失。

研究方法

采用SCAPS-1D软件进行一维模拟，基于泊松方程和载流子连续性方程，系统评估7种电子传输层（ETL）和6种空穴传输层（HTL）的性能。通过能带偏移（CBO/VBO）理论筛选材料组合，并优化厚度、缺陷密度（N_t）、掺杂浓度等参数。关键输入参数包括：WS₂电子亲和势3.95 eV，SrCu₂O价带顶-5.50 eV，界面缺陷密度控制在10¹⁴ cm^?3以下。

核心发现

ETL/HTL筛选：WS₂因与Cs₂SnI₆形成零导带偏移（CBO=0 eV）且缺陷密度低（10¹³ cm^?3），显著提升电子提取效率；SrCu₂O则因+0.05 eV价带偏移（VBO）实现高效空穴传输。

厚度优化：ETL厚度300 nm时实现J_sc=29.80 mA/cm²，而HTL厚度超过20 nm后性能饱和，反映其"界面主导"特性。

缺陷控制：当吸收层体缺陷密度>10¹⁵ cm^?3时，PCE从28.06%骤降至22.52%，证实低缺陷制备工艺的关键性。

能带工程：吸收层带隙1.4 eV时达成最佳平衡，Voc达1.06 V，PCE提升至28.43%。镍（Ni）因5.5 eV高功函数成为最优背电极。

创新价值

该研究首次通过系统模拟揭示WS₂/SrCu₂O组合对Cs₂SnI₆器件的协同优化作用：WS₂的零能垒特性与SrCu₂O的精准能级匹配，将界面复合损失降至最低。温度稳定性测试显示，550K时效率保留44.4%，证实全无机结构的耐热优势。

应用前景

这项研究为开发效率超过28%的稳定无铅钙钛矿电池提供了明确路径。未来可结合机器学习进一步优化传输层掺杂梯度，或通过二维材料界面修饰降低缺陷态密度，推动该技术向产业化迈进。