FAPbI3基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其優(yōu)異的功率轉(zhuǎn)換效率而具有廣闊的應(yīng)用前景。同時(shí)由于其輕質(zhì)、柔韌性和抗彎曲性，柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出令人印象深刻的特點(diǎn)。然而，穩(wěn)定α-FAPbI3的形成需要在至少150 ℃的溫度下退火，這可能會(huì)產(chǎn)生明顯的殘余應(yīng)力，并且使該工藝與柔性塑料襯底不相容，導(dǎo)致晶體質(zhì)量差，力學(xué)性能受損。此外，鈣鈦礦材料低溫下的宏觀動(dòng)力學(xué)過程及相變動(dòng)力學(xué)過程鮮有研究，這些問題亟需揭示，從而為鈣鈦礦低溫結(jié)晶提供理論支持。
近日，南昌大學(xué)陳義旺教授&談利承教授團(tuán)隊(duì)深入剖析了MACl中間相形成的反應(yīng)路徑，以及100°C下光活性鈣鈦礦的成核與相變過程。此外，系統(tǒng)研究了溫度依賴性殘余應(yīng)力與陽(yáng)離子反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，同時(shí)詳細(xì)剖析了不同溫度下界面失配與晶格缺陷在殘余應(yīng)力中的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系以及固液界面反應(yīng)過程中陽(yáng)離子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)競(jìng)爭(zhēng)問題?；诖藙?chuàng)新性的提出了通過甲基氯化銨氣相輔助碘化形成均質(zhì)中間相，在實(shí)現(xiàn)光活性相的靶向轉(zhuǎn)化的同時(shí)，有效減小殘余應(yīng)力以及避免陽(yáng)離子反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)問題。經(jīng)優(yōu)化后的柔性PVSCs實(shí)現(xiàn)了24.46%的顯著效率（剛性器件達(dá)25.50%），并展現(xiàn)出顯著提升的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性。博士生羅霄為該文章的第一作者。
研究發(fā)現(xiàn)，MAC形成的中間相為MAPbCl3和Pb3I8。在形成過程中MACl先一步與碘化鉛反應(yīng)，Cl取代I占據(jù)晶格骨架，MA的并入生成MAPbCl3。進(jìn)一步，游離的I活化了碘化鉛，促進(jìn)其從邊共享向面共享轉(zhuǎn)化生成Pb3I8。通過X射線衍射（XRD）等結(jié)果表明，鈣鈦礦殘余應(yīng)力并不與退火溫度的大小成正相關(guān)，而是由界面及體相協(xié)同影響。低溫制備可以減少界面失配帶來的殘余應(yīng)力，但結(jié)晶不完全導(dǎo)致的晶格缺陷仍會(huì)誘導(dǎo)殘余應(yīng)力的生成。MACl的引入可以有效抑制低溫結(jié)晶下的缺陷生成，極大程度上減少薄膜中的殘余應(yīng)力。 研究團(tuán)隊(duì)通過原位紫外、半原位XRD對(duì)結(jié)晶過程進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)，蒸汽工藝的引入可以有效促進(jìn)鈣鈦礦結(jié)晶質(zhì)量的提升以及光活性相的靶向轉(zhuǎn)化。結(jié)合第一性原理計(jì)算可知其內(nèi)在原因?yàn)椋虚g相的引入降低了成核及相變勢(shì)壘，使得在低溫下獲得高相純度、高結(jié)晶質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。 研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在不同溫度下均存在陽(yáng)離子反應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)問題，同時(shí)這種競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致鈣鈦礦體相中陽(yáng)離子分布不均勻的問題。蒸汽工藝通過將陽(yáng)離子中MACl單獨(dú)引入的方式有效避免了這一現(xiàn)象，促進(jìn)了體相中的微觀均一性。 通過對(duì)比不同MACl的引入方式，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蒸汽工藝可以在宏觀上促進(jìn)中間相的均勻生成，同時(shí)兼容于大面積柔性鈣鈦礦的制備，在可擴(kuò)展商業(yè)化應(yīng)用中展現(xiàn)出廣闊前景。 得益于全新的蒸汽處理工藝，鈣鈦礦太陽(yáng)電池器件的效率得到了顯著提升。所得剛性器件PCE達(dá)25.50%（1.01 cm2大面積器件23.21%），柔性器件24.46%（1.01 cm2大面積器件22.04%）。柔性器件在曲率半徑為3mm，彎折8000此的情況下仍保留84.65%的初始效率。 論文信息 Dissected MACl Involved Reaction Pathway for Low Temperature Fabrication of High-Efficiency Flexible Perovskite Solar Cells Xiao Luo, Yang Zhong, Binlou Gao, Jiacheng He, Xueying Wang, Prof. Dr Licheng Tan, Prof. Dr. Yiwang Chen Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202502949
