導(dǎo)語(yǔ)

前沿科研成果

鈣鈦礦太陽(yáng)電池（PSC）目前正處于從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模到工業(yè)規(guī)模的快速過(guò)渡階段,。然而,，最先進(jìn)的高性能PSC通常依賴(lài)于耗能/耗時(shí)的熱退火后處理以制備高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，限制了高通量制備的成本,。顯然,，為了降低制造成本，減少熱退火步驟是非?？扇〉?，從而使鈣鈦礦太陽(yáng)電池更具成本效益。然而,，在室溫制造的情況下,，鈣鈦礦的成核和結(jié)晶會(huì)失去控制，導(dǎo)致形成形貌差,、缺陷密度高的鈣鈦礦薄膜,，從而導(dǎo)致器件性能下降。

基于此,，近日,，中山大學(xué)吳武強(qiáng)教授課題組與華南理工大學(xué)薛啟帆教授和河北大學(xué)楊少鵬教授合作，提出定制前驅(qū)體化學(xué)的創(chuàng)新性策略,，將預(yù)先合成的鈣鈦礦微晶體溶解在2ME溶劑中來(lái)定制前驅(qū)體化學(xué),，這使得在室溫下，無(wú)論濕度如何（~50% RH）都能在環(huán)境空氣中制造出結(jié)晶度提高,、缺陷密度低的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜,。

2ME的存在加強(qiáng)了前驅(qū)體溶劑分子與有機(jī)鹵化物組分之間的配位,，巧妙地調(diào)節(jié)小尺寸膠體的形成，這些膠體均勻地分散在鈣鈦礦前驅(qū)體中,，即使沒(méi)有熱退火后處理,，這仍有利于鈣鈦礦膜的均質(zhì)成核和快速結(jié)晶，從而形成表面覆蓋致密,、晶粒尺寸增大的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜,。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),，調(diào)整溶劑與溶質(zhì)的配位確保室溫加工的鈣鈦礦薄膜具有更高的結(jié)晶度以及更理想的I/Pb化學(xué)計(jì)量比的同時(shí),，有效降低了薄膜的缺陷密度。2ME作為前驅(qū)體溶劑在室溫下制備的鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度和缺陷密度與退火后的鈣鈦礦薄膜幾乎相同,，進(jìn)一步削弱了后退火的必要性,。基于2ME室溫制備的PSC的缺陷密度比DMF制備的薄膜小了近0.5-1個(gè)數(shù)量級(jí),。同時(shí),，優(yōu)化后的鈣鈦礦膜的電荷轉(zhuǎn)移速率提高了45%。

圖3. TA測(cè)試器件結(jié)構(gòu)示意圖(a),；由DMF (b, d) 和2ME (c, e)制備的鈣鈦礦器件的等高線圖和時(shí)滯TA光譜,，及其在GSB峰處的動(dòng)態(tài)TA衰減壽命圖(f)。（圖片來(lái)源：Advanced Functional Materials）

即使在~50% RH的高濕度環(huán)境空氣中,，無(wú)退火處理制備的MAPbI₃鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率高達(dá)19.16%,，遲滯可以忽略不計(jì)，重現(xiàn)性得到了改善,，這與在N₂中制備的高溫退火的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率相當(dāng),，比使用傳統(tǒng)DMF溶劑制備的對(duì)照電池（13.13%）高出約46%，是室溫制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中報(bào)道的最高效率之一,。未封裝的器件壽命超過(guò)1000小時(shí),，幾乎沒(méi)有效率損失。該研究為制備高效,、穩(wěn)定和可重復(fù)的PSC提供了一種簡(jiǎn)單而經(jīng)濟(jì)的途徑,，有利于加快高性能PSC的高通量生產(chǎn)和潛在的商業(yè)化。

圖4. 在環(huán)境空氣中室溫制備的DMF-或2ME-PSC（相對(duì)濕度~50%）的J-V曲線(a)和EQE光譜(b),；2ME-PSC的穩(wěn)態(tài)電流密度和PCE (c),；DMF-或2ME-PSC的tDOS (d)，器件穩(wěn)定性(e)和長(zhǎng)期穩(wěn)定性(f),。（圖片來(lái)源：Advanced Functional Materials）

本篇工作通訊作者為中山大學(xué)吳武強(qiáng)教授,、華南理工大學(xué)薛啟帆教授及河北大學(xué)楊少鵬教授，中山大學(xué)碩士研究生方玉璇為該論文的第一作者,。

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