過(guò)去十三年中，金屬有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦（ABX3）因其高光吸收系數(shù)、帶隙可調(diào)、載流子壽命長(zhǎng)和雙極性傳輸?shù)葍?yōu)異光電性能受到廣泛關(guān)注。目前，經(jīng)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證的鈣鈦礦太陽(yáng)電池(PSCs)的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)已從最初的3.8%迅速提升至25.7%，耀眼的高效率使得鈣鈦礦太陽(yáng)電池成為現(xiàn)階段最有前景的第三代薄膜光伏技術(shù)之一。為了早日實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，探索可重復(fù)制備化學(xué)均一的大面積薄膜對(duì)降低因器件活性面積增大所帶來(lái)的效率折損具有重要意義。此外，刮涂法已被證明是制備大面積鈣鈦礦薄膜/電池的有效方法。然而，目前高效率的刮涂鈣鈦礦電池所使用的組分主要是甲胺為主的單一或是多陽(yáng)離子混合組分(MAPbI3 or MA-dominant)，而具有更高熱穩(wěn)定性以及理想帶隙的甲脒為主（FA-dominant）的鈣鈦礦組分因結(jié)晶動(dòng)力學(xué)難控等原因限制了其的進(jìn)一步發(fā)展。
基于此，近日，中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院吳武強(qiáng)教授課題組創(chuàng)新性地提出晶種誘導(dǎo)策略，即將FAMA混合離子鈣鈦礦墨水中的MAPbI3原料換成MAPbI3微晶，有效地調(diào)控了鈣鈦礦薄膜初始階段的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)，獲得了表面化學(xué)及表面電勢(shì)均一的鈣鈦礦薄膜，結(jié)合室溫氣刀輔助刮涂制備了高效穩(wěn)定的反式鈣鈦礦太陽(yáng)電池。
與FAMA-mixture薄膜相比，F(xiàn)AMA-crystal薄膜的初始化結(jié)晶窗口時(shí)間被大大延長(zhǎng)，這將有利于FA-dominant的鈣鈦礦薄膜的均勻，無(wú)針孔，擇優(yōu)取向生長(zhǎng)，助力獲得結(jié)晶度高，粗糙度小的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)AMA-crystal薄膜具有更長(zhǎng)且均勻的熒光壽命，更接近于理論化學(xué)計(jì)量比的化學(xué)成分，表現(xiàn)出更均勻的表面電勢(shì)，有利于降低薄膜內(nèi)缺陷態(tài)密度以及增強(qiáng)載流子傳輸。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的FAMA-crystal薄膜中表現(xiàn)出更低的缺陷態(tài)密度以及降低的非輻射復(fù)合損失。因此，晶種誘導(dǎo)策略有利于結(jié)晶調(diào)控、缺陷鈍化，非輻射復(fù)合損失的抑制、載流子傳輸增強(qiáng)，表面化學(xué)及電勢(shì)的均一性等優(yōu)點(diǎn)共同助力刮涂法制備的鈣鈦礦太陽(yáng)電池實(shí)現(xiàn)了24.31%的光電轉(zhuǎn)換效率、性能的高重復(fù)性以及穩(wěn)定性的增強(qiáng)。該研究工作為未來(lái)大面積鈣鈦礦薄膜均勻制備，提升光伏產(chǎn)品良品率提供了一種簡(jiǎn)單、有效的策略。 論文信息 Near-Stoichiometric and Homogenized Perovskite Films for Solar Cells with Minimized Performance Variation Wenhuai Feng, Junlei Tao, Gengling Liu, Guo Yang, Jun-Xing Zhong, Yuxuan Fang, Li Gong, Shaopeng Yang, Wu-Qiang Wu* 文章的第一作者是中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院的博士研究生馮文懷，通訊作者是吳武強(qiáng)教授。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202300265
